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JP2004529759A - Process for selective hydrogenation of alkynes and catalyst therefor - Google Patents

Process for selective hydrogenation of alkynes and catalyst therefor Download PDF

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JP2004529759A JP2002579404A JP2002579404A JP2004529759A JP 2004529759 A JP2004529759 A JP 2004529759A JP 2002579404 A JP2002579404 A JP 2002579404A JP 2002579404 A JP2002579404 A JP 2002579404A JP 2004529759 A JP2004529759 A JP 2004529759A
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キャタリティック・ディスティレイション・テクノロジーズ
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Abstract

混合1,3−ブタジエンのようなオレフィン流れ中のアセチレン型化合物を、アルミナ、シリカ等のような高度に多孔質の担体表面の担持型銅触媒上で選択的に水素化した。好ましい担体は、約200オングストロームよりも大きな平均細孔直径を有し、ミクロ細孔を有せず、約0.65cc/gよりも大きな総細孔容積及び好ましくは約230m2/g未満のBET表面積を有する。銅触媒を、好ましくはパラジウムのようなVIII族金属を用いて促進して、銅触媒の低い活性を改良する。生成物流れは、典型的には20ppm未満の全アルキン類を含む。また銅触媒及びパラジウム促進銅触媒を、酸化亜鉛を用いて調整して、触媒の性能を改良してよい。異なるレベルのパラジウムを用いて促進された2種以上の銅触媒を反応器に装填した。また好ましくは銅触媒を、銀、金または銀及び金の両方を用いて調整して、触媒の銅成分によるポリマー形成を低減し、1,3−ブタジエンのようなオレフィン類の収率を改良し、炭化水素の液相中に浸出することによる銅及び/またはパラジウムの損失を防ぐ。Acetylene-type compounds in olefin streams such as mixed 1,3-butadiene were selectively hydrogenated over supported copper catalysts on highly porous support surfaces such as alumina, silica and the like. Preferred carriers have an average pore diameter of greater than about 200 Angstroms, no micropores, a total pore volume of greater than about 0.65 cc / g, and a BET of preferably less than about 230 m 2 / g. Has surface area. The copper catalyst is promoted, preferably with a Group VIII metal such as palladium, to improve the low activity of the copper catalyst. The product stream typically contains less than 20 ppm of total alkynes. The copper catalyst and the palladium promoted copper catalyst may also be adjusted with zinc oxide to improve the performance of the catalyst. Two or more copper catalysts promoted with different levels of palladium were charged to the reactor. Also preferably, the copper catalyst is adjusted with silver, gold or both silver and gold to reduce polymer formation by the copper component of the catalyst and improve the yield of olefins such as 1,3-butadiene. Prevents the loss of copper and / or palladium by leaching into the liquid phase of hydrocarbons.

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、不飽和化合物の混合物からのより高度に不飽和な化合物の選択的除去に関する。より詳細には、本発明は、1,3−ブタジエンのようなジエン類との混合物からのアセチレン型化合物の選択的水素化に関する。本発明は、新規な触媒及び他の不飽和化合物と混和しているアセチレン類の選択的水素化方法の両方を提供する。
【背景技術】
【0002】
担持型銅触媒及びパラジウム触媒は、オレフィン流れ中のアセチレン型不純物を選択的水素化によって取り除く際の好ましい触媒とされてきた。銅触媒は、オレフィン類及びジオレフィン類の実質的な水素化無しにアセチレン型化合物を選択的に水素化する(本明細書において、オレフィン類を保持するための選択性と呼ぶ)が、主に触媒表面へのポリマー堆積が理由となって比較的に低い活性及び短いサイクル時間を有する。パラジウム触媒は、優れた活性及び銅に基づく触媒よりもはるかに長いサイクル時間を有するが、アセチレン類に対するより低い選択性を有する。パラジウム触媒のオレフィン選択性を改良するために、少量の銀または金を調整剤としてパラジウム触媒に加えてきた。
【0003】
Fr 1 253 947(1960)は、ジオレフィンまたはモノオレフィン流れ中のアセチレン型化合物の選択的水素化のための銅触媒を開示した。選択的水素化を、蒸気相中で実行した。純度99.9〜99.999%の銅を、ガンマアルミナのような高表面積(25〜300m2/g)担体表面に担持させた。触媒の銅含量は、5〜20%の範囲内だった。触媒は、0.1%未満の他の金属(触媒の金属含量を基準として)の例えばFe、Ni、Ru、Rh、Pd、IrまたはPtを助触媒として含んでよい。選択的水素化を、蒸気相中及び液相中の両方で実行した。米国特許第4,440,956号(1984)及び同第4493906号(1985)は、アルミニウムアルコキシドから製造したガンマアルミナのような非常に特殊なアルミナ表面に担持された改良された銅触媒であって、液体炭化水素流れ中のアルキン類を除去するために有用な銅触媒を開示した。特許権者は、ガンマアルミナを、細孔の60〜90%が細孔直径約40オングストローム〜120オングストロームを有するはずであり、25%以下でかつ2%以上が細孔直径1000オングストローム〜10,000オングストロームを有したとキャラクタリゼーションした。アルミナの窒素表面積は、約68〜350m2/gだった。触媒は、3〜13重量%のCuを含んだ。触媒は、銀、マンガン、コバルト、ニッケル及びクロムからなる群から選択される少量の少なくとも1つの多価活性化剤金属を含んだ。高純度のアルミナ(特にナトリウム(0.15重量%未満であるべきである)及びFe23(0.06重量%未満)含量の点で)は、頻繁な触媒再生によって引き起こされる表面積の収縮が理由となって、必要要件であると主張された。
【0004】
Ger 2 109 070(1970)は、蒸気相中の1,3−ブタジエン流れ中のアセチレン型化合物の選択的水素化のための銅(26%)−酸化亜鉛触媒を開示した。
米国特許第4,174,355号(1979)は、ジオレフィン流れからα−アセチレンを非選択的水素化によって除去する方法を開示した。水素も酸素も無い状態で、供給物蒸気とα−アルミナ表面に担持されたCuO及び/またはAg2Oとを接触させることで、アルキン類を除去した。
【0005】
米国特許第4,533,779号(1985)は、アセチレン型化合物の選択的水素化のための、アルミナ(1〜100m2/g)のような担体表面に担持されたパラジウム/金触媒を開示した。触媒中のパラジウム及び金の含量は、それぞれ0.03〜1重量%及び0.003〜0.3重量%の範囲内だった。
【0006】
米国特許第4,831,200号(1989)は、1,3−ブタジエンとの混合物のようなオレフィン流れ中のアルキン類の選択的水素化方法を開示した。選択的水素化を、2段階で順次実行した。第一の段階において、炭化水素供給物を、水素と共に、少なくとも部分的に液相中で、上記に検討した米国特許第4,533,779号において開示したもののようなパラジウム触媒上を通過させた。第2の段階において、第1の段階から生じた生成物流れを再度、水素と共に、少なくとも部分的に液相中で、上記に検討した米国特許第4,493,906号及び同第4,440,956号において開示したもののような銅触媒上を通過させて、製造最終生成物流れ中のかなり低下したアルキン濃度を生じた。
【0007】
米国特許第5,877,363号(1999)は、Pt及びPdのような担持型水素化触媒を使用することによる、混合オレフィン濃厚C4流れ中のアセチレン型不純物及び1,2−ブタジエンの選択的水素化方法を開示した。
【0008】
一般に、オレフィン蒸気中のアセチレン型化合物の選択的水素化のために、パラジウム触媒は銅触媒と比較して非常に活性がある。しかし、流れ中の高濃度(>2000ppm)の全アルキン類〜約500ppm未満の全アルキン類を除去しようと試みると、特にアセチレン類が200ppm未満に低減すると、パラジウム触媒は、1,3−ブタジエンのようなジオレフィン類を保持するための低い選択性を示す。工業的実施においては、パラジウム触媒の非選択性は、1,3−ブタジエンの損失をもたらすので望ましくない。
【0009】
一方、銅触媒は、アセチレン類の水素化に対して非常に選択的であることによって、1,3−ブタジエンのようなジオレフィン類を保持する際に高度に選択的である。しかし、銅触媒の活性は低い。また、触媒表面へのポリマー材料の堆積によって引き起こされる急速な失活が理由となって、触媒のサイクル時間は、約2000ppmよりも高い全アルキン類を含む供給物流れにとっては望ましくない程短い。たとえ水素化を液相中で実行しても、銅触媒表面に堆積したポリマーの幾らかは、選択的水素化条件下で液体生成物流れ中への溶解度をほとんど有しない。こうした2つの理由によって、銅触媒は、比較的に高濃度の全アルキン類を含む混合オレフィン供給物の選択的水素化に対する改良を必要とする。
【発明の開示】
【0010】
本発明は、約0.1〜25重量%、好ましくは0.2〜20重量%のCuを含む銅成分を含む触媒を含み;パラジウム助触媒は0〜2重量%、好ましくは0〜1重量%の範囲内であり;銀調整剤または金調整剤は0〜15重量%、好ましくは0〜10重量%の範囲内であり;酸化亜鉛調整剤は0〜25重量%、好ましくは0〜約15重量%の範囲内である。銀調整剤は、触媒活性を適度にし、オレフィン収率及びサイクル時間を改良する。酸化亜鉛調整剤は、1,3−ブタジエンのようなオレフィンの収率を改良し、触媒活性をわずかに改良する。酸化亜鉛調整銅触媒は、1,3−ブタジエンの極めて高い収率を有しながらビニルアセチレン不純物を除去するために、特に非常に有効である。好適な具体例においては、触媒成分を担体表面に堆積させる。
【0011】
好ましい担体は、約200オングストロームよりも大きな平均細孔直径を有し、ミクロ細孔を有せず、約0.65cc/gよりも大きな総細孔容積及び好ましくは約230m2/g未満のBET表面積を有する。銅触媒を、好ましくはパラジウムのようなVIII族金属を用いて促進して、銅触媒の低い活性を改良する。生成物流れは、典型的には20ppm未満の全アルキン類を含む。また銅触媒及びパラジウム促進銅触媒を、酸化亜鉛を用いて調整して、触媒の性能を改良してよい。異なるレベルのパラジウムを用いて促進された2種以上の銅触媒を反応器に装填した。また好ましくは銅触媒を、銀、金または銀及び金の両方を用いて調整して、触媒の銅成分によるポリマー形成を低減し、1,3−ブタジエンのようなオレフィン類の収率を改良し、炭化水素の液相中に浸出することによる銅及びパラジウムの損失を防ぐ。
【0012】
少量のアセチレン型化合物を含む炭化水素流れと様々な配置及び形状の本発明の触媒とを接触させることでアセチレン型化合物を除去する方法もまた、本発明の一部である。
【発明を実施するための最良の手段】
【0013】
選択的水素化を、少なくとも部分的に液相中で、例えば単数または複数の接触蒸留(CD)ユニットを用いることで実行することが好ましい。従って、選択的水素化を、より高いスループット率で1段階で実行することができ、しかもなおジエン類のようなオレフィン類を保持する高い選択性及び長い触媒寿命を維持するように、新規な方法及び改良された銅触媒を提供することが非常に望ましい。本発明においては、この目的は、選択的水素化を、高度に活性がありしかもなお高度に選択的な銅触媒を有する単一の反応器中で実行することで成し遂げられる。選択的水素化を、少なくとも部分的に液相中で、接触蒸留(CD)ユニットを用いることで実行することが好ましい。異なるレベルのVIII族の元素の例えばパラジウム、ルテニウム、ニッケル等を用いて促進され、また酸化亜鉛及びIB族の元素を用いて調整された2種以上の銅触媒を蒸留塔に装填する。好ましい助触媒は、パラジウムである。銅触媒をパラジウムを用いて促進することは、高アセチレン型不純物含有供給物を取り扱う際に非常に望ましい。本データは、銅は、パラジウムとの合金にすることではるかに高活性になり、しかも1,3−ブタジエンまたは1−ブテンのようなオレフィン類を保持する選択性の損失はわずかであることを示す。銅をパラジウムとの合金にすることで、本銅−パラジウム触媒の化学的性質は、従来のパラジウムまたはパラジウム−銀触媒から変化する。変化の性質を実施例12において証明する。本発明から得られる生成物流れ中のエチルアセチレン対ビニルアセチレンの比は、従来のパラジウム触媒から得られる生成物よりもはるかに高く、というのは、本銅−パラジウム触媒は、ビニルアセチレン及びエチルアセチレンに対する化学反応性が従来のパラジウムまたはパラジウム−銀触媒とはかなり異なるからである。従って、C4アセチレン類の所定の転化における比の差は、本銅−パラジウム触媒の化学的な触媒の性質を従来のパラジウム触媒と区別する指紋である。
【0014】
清浄な1,3−ブタジエン濃厚生成物を製造するために混合C4供給物流れを取り扱う際に、銅触媒を脱ブタン塔蒸留塔中に装填して、CD反応器を提供してよい。接触蒸留塔に至る供給物を、好ましくは触媒床よりも下の、塔の中央区画に供給する。生成物を塔頂留出物として回収する。より重質の生成物をボトム生成物として回収する。CD反応器中に装填する銅触媒のパラジウム含量は、触媒床の底部区画から頂部区画へと上昇するにつれて徐々に減少する。触媒を、蒸留塔への供給箇所よりも上に装填する。水素を、炭化水素供給物と一緒に、または別個に蒸留塔の底部区画における位置に供給する。触媒反応帯域中の水素対全アルキン類の最適比は、触媒のCu含量のみならずCu/Pd重量比に依存する。従って、反応器中の触媒の組成に依存して、好ましくは水素を、接触蒸留塔または固定床に沿って2つ以上の位置に供給する。また触媒のパラジウム成分は、触媒のサイクル時間を改良する。Pdを用いて促進された銅触媒のこの追加の利益がどのようにして生じるかは知られてないが、ポリマー材料に至る不飽和前駆体がより有効に水素化されて、銅触媒表面へのポリマー材料の堆積がより遅いかまたはほとんどないのかもしれない。ポリマー材料は、非促進銅触媒表面に形成されたポリマーよりも、生成物蒸気中への高い溶解度を有することができる。従って、前駆体及びポリマー材料を触媒から接触蒸留塔の底部へと有効に洗い流して、連続的に再生されるより清浄な触媒表面をもたらす。好ましくは触媒の銅成分を、IB族の元素の例えば銀及び/または金または両方を用いて調整して、ポリマー形成をさらに低減してジエンの選択性を改良し、触媒から銅及びパラジウム金属が徐々に浸出する点を改良する。
【0015】
触媒を、酸化亜鉛を用いてさらに調整して、触媒活性、1,3−ブタジエンのようなオレフィン類の収率、触媒のサイクル時間を改良し、触媒から徐々に浸出することによる銅及びパラジウムの損失を低減してよい。硝酸塩類の混合溶液の共沈によって製造したCu−Zn−Alメタノール合成触媒の場合には、Cu(II)イオンは、銅−酸化亜鉛−アルミナ触媒(共沈手法によって製造した)の酸化亜鉛相中に溶解し、その濃度は、約25原子%もの高さになる可能性がある(T. M. Yurieva, et al. React. Kinet. Catal. Lett., 29, pp. 55-61, 1985)。本発明において開示する全ての銅触媒は、触媒が酸化亜鉛を含むかどうかにかかわらず、水素の無い状態でオレフィン類を水素化することができる活性水素種の高い含量を有することが観察された。
【0016】
水素化を、2段階で実行してよい。例えば、選択的水素化を、2つのCD反応器、またはCD反応器及び固定床反応器の組合せ、または2つの固定床反応器を用いて図2に示すように実行することができる。固定床反応器の稼働においては、第1の反応器から生じた反応器流出液流れを第2の反応器に入る前に冷却することで、水素化反応の発熱による熱を除去するために、2つ以上の反応器が必要かもしれない。固定床反応器の稼働における反応器流出液を再循環して、水素化反応の熱を希釈することもできるかもしれない。所望により、反応性蒸留態様またはストレートパス態様で、触媒表面に堆積したポリマーが可溶であるような材料を使用して、ポリマーを触媒から洗い流してよい。このような溶媒の例としては、テトラヒドロフラン、フラン、1,4−ジオキサン、エーテル類、ガンマ−ブチロラクトン、ベンゼン、トルエンまたはこれらの混合物が挙げられる。図1に示すように、生成物を溶媒から分離した後に、溶媒を再循環して反応器に戻す。触媒寿命を長くする別の手法は、触媒を、液体溶媒を用いて、約40℃〜350℃の範囲内の温度で間欠的に洗浄して、堆積したポリマーを触媒から除去することである。ポリマーを触媒から洗い流す最中に、所望により少量の水素ガスを、溶媒と共に触媒床を通過させる。C4流れ中のアクテリエン類(actelyenes)の選択的水素化をCD態様で実行する際に、溶媒の沸点が約100°Fよりも高い場合、溶媒を接触蒸留反応器の触媒帯域の頂部に加えことができ、溶媒は塔の底部に下降流で流れる。ストレートパス反応器においては溶媒(solve)を反応物供給流れと共に反応器に供給してよい。両方の実施態様の間中、供給物流れ中の少なくとも0.2モル%のアセチレン類が、反応帯域中の溶媒及び炭化水素を含む液相中にあるように、十分な圧力をかけることが望ましい。
【0017】
本発明における触媒の製造のために使用される好ましい担体は、メソ細孔性材料(mesoporous material)であり、比較的に大きな細孔容積を有するべきである。担持材料の平均細孔直径が増大するにつれて、細孔容積も同様に増大するが、材料の表面積及びABD(見かけの嵩密度(apparent bulk density)、しばしば充填密度(packed density)と呼ばれる)の両方は減少する。好ましくは担体はミクロ細孔を有せず、好ましくは直径約30オングストローム未満の細孔を有しないだろう。触媒表面への重質材料の堆積が、触媒失活及び過度の反応による所望の材料の選択性の低下を引き起こす場合に、一般に細孔の孔径分布及びサイズは触媒性能にとって重要な役割を果たす。本発明において好ましい担体のうちの1つは、遷移アルミナである。所望のアルミナの細孔は、100オングストロームよりも大きな直径を有する細孔で主に構成される。細孔の約85%、好ましくは約90%は、窒素ポロシメトリーによって測定して100オングストロームよりも大きな細孔直径を有しよう。好ましいアルミナは、約100オングストロームよりも大きく、好ましくは120オングストロームよりも大きな平均細孔直径、約0.65cc/gよりも大きく(窒素ポロシメトリーによって測定して)、好ましくは0.70cc/gよりも大きな総細孔容積、好ましくは約230m2/g未満、最も好ましくは30〜200m2/gのBET表面積、約0.70g/cm3未満の見かけの嵩密度(ABD)を有しよう。アルミナの細孔は、様々なサイズの細孔直径で構成される。アルミナ表面積の特定の範囲内で、どのようにしてアルミナを製造し、か焼したかに依存してアルミナの細孔分布を操作することができる。米国特許第4,440,956号において開示されているアルミナとは異なり、本発明において好ましいアルミナは、細孔の少なくとも30%、好ましくは少なくとも50%が100オングストロームよりも大きな直径を有する細孔を有し、約0.65cc/gよりも大きく、好ましくは約0.75cc/gの総細孔容積を有しよう。
【0018】
本発明において開示する好ましいアルミナを、いわゆる活性アルミナを製造する当業者には周知の多数の手法によって製造することができる。本発明において開示する好ましいアルミナのうちの1つを、いわゆる油滴下ゲル化手法(oil dropping gelatiion technique)によって製造することができる。従来技術の例は、米国特許第2,620,314号(1952)、及び同第4,273,735号(1981)において開示されている。球形のアルミナを、水性塩酸溶液中でアルミニウム金属を温浸する(digest)ことで製造したアルミニウムヒドロキシクロリドゾルから製造する。小滴の形態の球形のアルミナゾル材料を、塩基性液体油相中でゲル化し、続いてエージング、洗浄、乾燥、及びか焼して(アルミナの所望の特性に依存して様々な温度で)、遷移状態アルミナにする。他に、好ましい球形のアルミナを、油滴下ゲル化手法によって分散型ベーマイトまたは擬ベーマイトアルミナゾルを使用して製造することもできる。従来技術の例は、米国特許第4,179,408号(1979)において開示されている。アルミナゾルは、適切なベーマイト、擬ベーマイト、またはベーマイトと擬ベーマイトアルミナとの混合物を酸性の水の中に分散させることで製造される。擬ベーマイトまたはベーマイト原料は、アルミニウムアルコキシドを加水分解し、結晶化するか、または、アルミン酸ナトリウムと硫酸アルミニウムのようなアルミニウム塩類とを反応させ、結晶化することで得られる。様々なベーマイトアルミナまたは分散型ベーマイトアルミナゾルが、市場で入手可能である。コンデア(Condea)は、供給者のうちの1つである。本発明において細孔構造が開示される好ましい球形のアルミナを製造するために、ディスペラル HP 14/2(Disperal HP 14/2)、ディスパル 11N7−80(Dispal 11N7-80)、ディスパル 23N4−20、ディスペラル HP14、デペラル 40(Deperal 40)、プラル 200(Pural 200)、プラル 100、プラル NG等またはこうしたものの混合物を使用できる。他のベーマイトアルミナの例えばカタパル C1(Catapal C1)、プラル SB、ディスペラル P2等は、本発明において開示する好ましいアルミナの製造のための好ましい原料ではない。こうした材料は、米国特許第4,493,906号及び同第4,440,956号において開示されている同様なアルミナを与える。
【0019】
押出物形態の好ましいアルミナを、上記に検討した好ましいベーマイトアルミナを押出し、約550℃〜1200℃の高温でか焼することで製造することもできる。一般に、遷移アルミナは、結晶性アルミナの例えば非晶質、γ、χ、δ、η、ρ、θ、α等の様々な混合物であり、その表面積は、高温雰囲気に繰り返しさらすことによって、より安定な結晶形に至るゆっくりとした結晶化が原因となって収縮する傾向がある。特にこの表面積の収縮は、雰囲気中の水分またはアルミナ中の微量のナトリウムまたは両方の存在下で加速される。ガンマアルミナが所望の形である場合、か焼を、通常約550℃〜700℃の温度で実行する。米国特許第4,493,906号及び同第4,440,956号において開示されているアルミナとは異なり、アルミナ担体を、非常に少量の塩素を含むアルミニウムヒドロキシクロリドゾルを使用して本油滴下ゲル化手法において製造した。本発明において開示するアルミナ中の少量のナトリウムまたは塩素は、溶媒を用いた接触蒸留の稼働または固定床の稼働の場合は、長い触媒のサイクル時間が理由となって通常は重大な問題を引き起こさない。
【0020】
本発明において好ましいアルミナの物理的形状は、球、押出物、ペレット及び顆粒であり、これらは、直径約1/4インチ未満、好ましくは1/8インチを有し、押出物またはペレットの場合長さ約1/2インチ未満、好ましくは長さ1/4インチ未満を有する。
【0021】
触媒の銅成分を、硝酸第二銅、酢酸第二銅等のような第二銅塩類の水溶液を用いた様々な含浸手法によって、好ましいアルミナ表面に置く。含浸生成物を、約100〜500℃、好ましくは200〜400℃でか焼して、塩類を分解して、酸化銅−アルミナ生成物を得る。銀調整剤及び酸化亜鉛調整剤を、硝酸銀のような銀塩及び硝酸亜鉛のような亜鉛塩と銅塩との同時含浸(co-impregnation)によって触媒中に取り入れる。所望により、これらを、二重含浸(double impregnation)によって銅触媒中に取り入れる。酸化亜鉛調整剤または銀調整剤及び酸化亜鉛調整剤の両方を、銅化合物の溶液の含浸の前にアルミナ担体表面に置く。含浸生成物を、約100〜650℃、好ましくは100〜600℃でか焼して、酸化銅−酸化銀−アルミナ触媒または酸化銅−酸化銀−酸化亜鉛−アルミナ触媒を得る。さらに別の手法を使用して酸化亜鉛調整銅触媒を製造することができ、これは、所望の量の亜鉛塩または亜鉛塩及び銅塩の両方を含むアルミナゾルを塩基性油相中に滴下してゲルを形成し、続いてエージングし、洗浄し、450〜1200℃の温度範囲でか焼することによる。
【0022】
パラジウム助触媒を、硝酸パラジウム(II)、酢酸パラジウム(II)、パラジウム(II)アセチルアセトナート等のようなパラジウム化合物溶液と銅塩溶液または銅塩及び銀塩を含む溶液との同時含浸によって触媒中に取り入れる。様々な含浸手法を使用できるが、パラジウム化合物溶液、またはパラジウム化合物と銅化合物との、若しくはパラジウム化合物と銅化合物と銀化合物との、若しくはパラジウム化合物と銅化合物と銀化合物と亜鉛化合物との混合溶液の好ましい含浸手法は、アトマイザーを使用した噴霧コーティング含浸(spray coating impregnation)である。担体表面に溶液を均一に噴霧することは非常に望ましい。また、圧縮ガスアトマイザーを使用してパラジウム溶液の微細なミストを生成することは非常に望ましい。アルミナのような担体表面に様々なパラジウム溶液を噴霧コーティングする場合に、溶液の所望の体積は、含浸される担体の総細孔容積(担体の重量に、担体の単位重量当りの細孔容積をかける)の約90体積%未満、好ましくは約85体積%未満である。
【0023】
パラジウムを用いて促進された高度に活性がある銅触媒を製造する場合に、触媒成分の含浸を1段階でまたは2段階で実行することができる。2段階含浸においては、第1の段階の含浸手法では、通常、初期細孔含浸手法(incipient pore impregnation technique)を使用して、アルミナ担体に、銅化合物の溶液、または銅及び亜鉛化合物、若しくは銅、亜鉛及び銀化合物、若しくは亜鉛及び銀化合物を含む混合溶液を含浸させ、続いて約100〜250℃の温度で乾燥し、250〜700℃、好ましくは300〜550℃の温度でか焼する。第2の段階において、第1の段階から生じた生成物に、パラジウム化合物の溶液、好ましくはパラジウムと銅化合物との、またはパラジウムと銅と銀化合物との、またはパラジウムと銅と亜鉛と銀化合物との、またはパラジウムと銀と亜鉛化合物との混合溶液を、アトマイザーを用いた噴霧コーティング手法によって含浸させ、続いて100〜250℃の温度で乾燥し、約250〜650℃、好ましくは300〜550℃の温度でか焼する。
【0024】
パラジウムを銅触媒中に取り入れる別の好ましい手法は、パラジウム化合物の溶液または硝酸パラジウムのようなパラジウム化合物と硝酸銀のような銀化合物との混合溶液の、酸化銅−アルミナ触媒、酸化銅−アルミナ、酸化銅−酸化亜鉛−アルミナ触媒または酸化銅−酸化銀−酸化亜鉛アルミナ触媒表面への噴霧コーティング含浸であり、その間、銅触媒球は、適切な角度で傾けた平坦な表面上を転がり落ちる。銅触媒表面へのパラジウムの比較的に高い負荷(>0.15重量%)は、比較的に高い含量(>〜4000ppm)の全アセチレン型化合物を含む供給物を処理するために望ましい。同時含浸及び噴霧コーティング含浸の組合せは、触媒表面への高パラジウム負荷のために最も望ましい手法である。噴霧コーティング含浸のためにパラジウム溶液の微細なミストを生成することは非常に重要である。約0.15%を超えるPdを用いて促進された銅触媒が望ましい場合、同時含浸及び噴霧コーティング含浸の組合せが一般に好ましい。含浸生成物を、空気中、約100〜400℃、好ましくは100〜350℃でか焼して、パラジウムを用いて促進された、銅、銅−銀または銅−銀−亜鉛触媒を製造する。
【0025】
所望により、上記に説明した好ましい担体の物理特性を有するアルミナ粉末表面に、金属塩類の混合溶液を含浸させることで、触媒を製造することができる。このようなアルミナ粉末を製造する原料は、適切なベーマイト粉末及び擬ベーマイト粉末の例えばディスペラル HP 14/2である。原料を、含浸する前に約400℃〜約750℃の温度でか焼する。含浸生成物を、約250〜550℃の温度で空気中でか焼し、成形して所望のサイズの押出物またはペレットにする。所望により、含浸生成物を成形して押出物またはペレットにし、次に、成形済み材料を、約250℃〜550℃の高温で空気中でか焼する。
【0026】
触媒活性化を、約60〜400℃、好ましくは100〜350℃で、水素を含むガス流中で実行する。ガス中の水素の含量は、活性化の間中、窒素のような不活性ガス中で約5体積%〜50体積%以上まで徐々に増大する。触媒活性化の最中に、十分な量のガス流は、触媒表面の水蒸気凝縮が生じないと思われるので好ましい。活性化の長さは、反応器中の触媒の量、ガス中の水素含量及び活性化温度に依存する。実験室においては、約100グラム未満の触媒の場合には、30分〜約10時間で十分である。工業的実施においては、一般にはるかに長い活性化時間が必要であると思われる。触媒活性化の後に、反応帯域中に残存している水素を、不活性ガスを用いてフラッシングする。選択的水素化の開始時に、飽和炭化水素のような不活性希釈剤を使用することによって、供給物流れ中の不飽和化合物の含量を触媒反応帯域中で非常に低いレベルで保つべきであり、これを、活性化された触媒中の水素含量の大部分が消費されるまで行う。触媒表面の銅の比較的に高い含量が理由となって、活性化された触媒は、触媒床中で暴走温度(run away temperature)を生じる可能性がある比較的に多量の活性水素を含む。
【0027】
工業的実施において実際の供給物流れを取り扱う際には、銅触媒のような選択的水素化触媒を、アルキルメルカプタン類のような硫黄化合物による毒作用から保護することが必要である。選択的水素化触媒を、供給物流れ中のアルキルメルカプタン類による毒作用から保護するために、Pd、Ni等の触媒または本発明において開示するがメルカプタン反応を最大にするために選択的水素化触媒とは別の仕方で最適化された所望による触媒上で、硫黄不純物を、オレフィン類、アセチレン型化合物またはジエン類と反応させることで、より重質の硫黄化合物に転化する。より重質の硫黄生成物を、単蒸留によって軽質成分から除去する。このメルカプタン除去稼働の最中に硫黄化合物からH2Sを生成しないことが非常に重要であり、というのは、H2Sは選択的水素化銅触媒に毒作用をするであろうからである。CDユニットにおいては、メルカプタン類のこの除去を、単一の蒸留塔中で選択的水素化と同時に実行することができる。米国特許第5,510,568号、同第5,595,643号、同第5,597,476号または同第5,807,477号において開示されているもののような、メルカプタン類からより高沸点の有機スルフィド類を形成するための触媒を、CD塔中の選択的水素化触媒床の底部に装填する。より重質の硫黄化合物を、選択的水素化反応帯域に入る前にCD塔からボトム生成物として除去し、それによって選択的水素化触媒を硫黄不純物から保護する。硫化水素を生成しないために、このメルカプタン反応帯域中で最小量の水素を維持することは重要である。過剰の水素が利用可能な場合、メルカプタン類の幾らかは、アルキルメルカプタン類またはスルフィドの水素化脱硫によって硫化水素に転化することがある。硫化水素の形成を防ぐために、メルカプタン反応帯域中の水素含量を、接触選択的水素化反応帯域中のものとは別の仕方で調節することが必要かもしれない。
【0028】
対照実施例1
銅触媒を、米国特許第4,440,956号の実施例1に従って製造した。ガンマアルミナ(UCIから得たCS 331−1、1/16インチの押出物であり、表面積265m2/g)を、使用前に、700℃で3時間、周囲雰囲気中でか焼した。か焼の前及び後で、ABDはほとんど変化しなかった。か焼したアルミナは、0.792g/ccのABDを有した。110mlの脱イオン水中の28.7gのCu(NO32.2.5H2O、Ni(NO32.6H2O、0.04gのAgNO3、0.34gのCr(NO33.9H2O及び0.34gのCo(NO32.6H2Oの溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、60gのUCIアルミナに上記の溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩乾燥した後に、400℃、マッフル炉中で3時間か焼した。触媒のABDは、0.87g/ccだった。22gのこの触媒を、100mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、従来の反応器として使用する垂直ステンレス反応器(直径1インチ×長さ20インチ)中に装填した。以下の手順によって触媒を活性化した;(1)反応器を、100cc/分のN2ガス流中で230°Fに加熱し、(2)200cc/分のH2をN2ガス流に加え、次に3時間230°Fで保持し、(3)N2ガスを止め、H2ガス流を300cc/分に増大させ、(4)反応器温度662°Fにまで加熱し、3時間662°Fで保持し、次に反応器を30cc/分のH2ガス流中で147°Fに冷却した。
【0029】
28重量ppmのメチルアセチレン、1034重量ppmのビニルアセチレン及び549重量ppmのエチルアセチレン、45.23重量%の1,3−ブタジエン、0.10重量%の1,2−ブタジエン、6.05重量%のt−2−ブテン、4.22重量%のc−2−ブテン、15.36重量%の1−ブテン、18.05重量%のイソブテン、9.34重量%のn−ブタン、1.30重量%のイソブタン、並びに0.19重量%の他のもので構成される混合C4流れを選択的に水素化して、アセチレン型不純物を圧力119psigで除去した。最初の26時間の運転時間の間、供給炭化水素及び水素速度は、それぞれ2.2cc/分(3.6WHSV)及び31.4scc/分だった。次いで、次の24時間の運転時間の間、供給速度を、炭化水素の場合に3cc/分(5.0WHSV)、水素速度の場合に27scc/分に変更した。この後、ランの終了まで、供給速度は、炭化水素の場合に2.2cc/分(3.6WHSV)、水素速度の場合に31.4scc/分だった。
【0030】
対照実施例2
18グラムのパラジウム触媒(UCIから得た2464Fであるアルミナの表面の0.7%のPd/1.4%のAg)を、110mlの直径3mmのガラス球と混合し、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。He中の1ml/分(周囲温度で測定して)のイソブタン及び10cc/分の10体積%のH2ガスを200psigで1時間通過させることで、触媒を180°Fで活性化した。39重量ppmのメチルアセチレン、5974重量ppmのビニルアセチレン及び1119重量ppmのエチルアセチレン、46.05重量%の1,3−ブタジエン、0.15重量%の1,2−ブタジエン、5.68重量%のt−2−ブテン、3.95重量%のc−2−ブテン、14.38重量%の1−ブテン、17.98重量%のイソブテン、9.24重量%のn−ブタン、1.32重量%のイソブタン、並びに0.54重量%の他のもので構成される混合C4流れを選択的に水素化して、その中のアセチレン型不純物を除去した。選択的水素化を、147°Fの一定温度で実行した。しかしながら、最初の79時間の運転時間の間、炭化水素及び水素供給速度は、反応器圧力119psigでそれぞれ3ml/分(6.1WHSV)及び36.8scc/分であり、次に、反応器圧力108psigでそれぞれ4.9ml/分(9.9WHSV)及び60scc/分に変更された。
【0031】
対照実施例3
18グラムのパラジウム触媒(UCIから得たCDT−3であるアルミナの表面の0.2%のPd/0.1%のAg)を、110mlの直径3mmのガラス球と混合し、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。He中の1ml/分(周囲温度で測定して)のイソブタン及び10cc/分の10体積%のH2ガスを200psigで1時間通過させることで、触媒を180°Fで活性化した。
【0032】
39重量ppmのメチルアセチレン、5974重量ppmのビニルアセチレン及び1119重量ppmのエチルアセチレン、46.05重量%の1,3−ブタジエン、0.15重量%の1,2−ブタジエン、5.68重量%のt−2−ブテン、3.95重量%のc−2−ブテン、14.38重量%の1−ブテン、17.98重量%のイソブテン、9.24重量%のn−ブタン、1.32重量%のイソブタン、並びに0.54重量%の他のもので構成される混合C4流れを選択的に水素化した。
【0033】
対照実施例4
活性アルミナ(アルファ 31268(Alfa 31268)、3.2mmのペレットであり、表面積90m2/g)を粉砕して10〜20メッシュの顆粒にした。顆粒状アルミナは、約1g/ccのABDを有した。100mlの脱イオン水中の28.7gのCu(NO32.2.5H2O、Ni(NO32.6H2O、及び0.04gのAgNO3の溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、60gの顆粒状アルミナに上記の溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩乾燥した後に、400℃、マッフル炉中で3時間か焼した。18gのこの触媒を、110mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1におけるものと同じ反応器中に装填した。以下の手順によって触媒を活性化した;(1)反応器を、100cc/分のN2ガス流中で230°Fに加熱し、(2)200cc/分のH2をN2ガス流に加え、次に3時間230°Fで保持し、(3)N2ガスを止め、H2ガス流を300cc/分に増大させ、(4)反応器温度662°Fにまで加熱し、3時間662°Fで保持し、次に反応器を30cc/分のH2ガス流中で147°Fに冷却した。
【0034】
対照実施例1において使用したものと同じ供給物を選択的に水素化して、アセチレン型不純物を圧力119psigで除去した。最初の26.5時間の運転時間の間、供給炭化水素及び水素速度は、それぞれ1.8cc/分(3.6WHSV)及び25.7scc/分だった。次いで、次の24時間の運転時間の間、供給速度を、炭化水素の場合に2.4cc/分(4.9WHSV)、水素速度の場合に22.1scc/分に変更した。この後、供給速度を再度、炭化水素の場合に1.8cc/分(3.6WHSV)及び25.7scc/分に変更した。
【0035】
実施例5
銅触媒を、油滴下ゲル化手法によって製造したアルミナ(直径1/16インチの球形)を使用して、本発明に従って製造した。アルミナの物理的性質を表1に要約する。アルミナの孔径分布を図1に示す。約90%を超える細孔は、直径が100オングストロームよりも大きかった。110mlの脱イオン水中の28.7gのCu(NO32.2.5H2O、Ni(NO32.6H2O、0.04gのAgNO3、0.34gのCr(NO33.9H2O及び0.34gのCo(NO32.6H2Oの溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、60gのアルミナに上記の溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩さらに乾燥した後に、400℃、マッフル炉中で3時間か焼した。触媒の物理的性質を表2に要約する。図1に示すように、銅触媒の細孔構造はアルミナ担体からわずかに変化したのみだった。22gのこの触媒を、100mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。触媒活性化を、対照実施例1において説明したものと同じ方法で実行した。
【0036】
対照実施例1において使用したものと同じ供給物を選択的に水素化して、アセチレン型不純物を119psigで除去した。最初の26時間の運転時間の間、供給炭化水素及び水素速度は、それぞれ2.2cc/分(3.6WHSV)及び31.4scc/分だった。次いで、次の24時間の運転時間の間、供給速度を、炭化水素の場合に3cc/分(5.0WHSV)、水素速度の場合に27scc/分に変更した。この後、供給炭化水素及び水素速度は2.2cc/分(3.6WHSV)だったが、水素速度27scc/分をランの終了まで維持した。
【0037】
実施例5及び対照実施例1における銅触媒の試験結果を、図4及び5に示す。図3は、本発明において開示する触媒の、従来技術に勝る優れた触媒活性及び安定性を証明する。図5は、従来技術に勝る本発明の優れたブタジエン収率を証明する。本発明において開示する触媒上での全アルキン類の同じ転化における1,3−ブタジエンの収率は、従来技術において開示するものよりも高い。また実施例5は、供給物流れ中の全てのアセチレン型化合物を転化した後に過剰の水素が利用可能な場合、過剰の水素が過度の水素化による1,3−ブタジエンの損失を引き起こすことを示し、過剰の水素を選択的水素化帯域中で最小に保つべきであることを示唆する。
【0038】
【表1】

Figure 2004529759
【0039】
【表2】
Figure 2004529759
【0040】
実施例6
実施例5において使用したアルミナを、700℃で3時間、空気中でか焼した。銅触媒を、このか焼したアルミナを使用して製造した。128mlの脱イオン水中の30gのCu(NO32.2.5H2O、Ni(NO32.6H2O、0.047gのAgNO3、0.396gのCr(NO33.9H2O及び0.396gのCo(NO32.6H2Oの溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、70gのアルミナに上記の溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩さらに乾燥した後に、400℃、マッフル炉中で3時間、空気中でか焼した。触媒のABDは、0.57g/ccだった。18gのこの触媒を、100mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1におけるものと同じ反応器中に装填した。対照実施例1におけるものと同一の方法で、触媒を活性化した。
【0041】
444重量ppmのメチルアセチレン、825重量ppmのビニルアセチレン及び634重量ppmのエチルアセチレン、55.36重量%の1,3−ブタジエン、0.12重量%の1,2−ブタジエン、6.39重量%のt−2−ブテン、4.13重量%のc−2−ブテン、16.84重量%の1−ブテン、12.38重量%のイソブテン、3.53重量%のn−ブタン、0.97重量%のイソブタン、並びに0.09重量%の他のもので構成される混合C4流れを選択的に水素化して、アセチレン型不純物を119psigで除去した。この実施例においては、炭化水素及び水素速度を、炭化水素の場合に3cc/分、水素の場合に27scc/分の一定速度で維持した。実施例6及び対照実施例1における銅触媒の試験結果を、実施例5から得られた結果と共に図4及び5に示す。
【0042】
図4及び5は、本発明において開示する銅触媒の、従来技術に勝る優れた性能を明確に証明する。
【0043】
実施例7
この実施例においては、接触蒸留塔を、混合C4流れ中のアセチレン型不純物の選択的水素化のために使用する。より大きなバッチの触媒を、実施例5において説明したものと正確に同じ方法で、240グラムのアルミナを使用して製造した。触媒(99.88グラム)を、接触蒸留塔(直径1インチ×高さ25フィート)中に装填した。塔中の触媒床の高さは、6フィートだった。触媒床の頂部及び底部の80インチに1/4インチの鞍状物を充填した。対照実施例1において説明したものと同じ方法で、ただしガスの流量を触媒重量を基準として比例させて増大させて、触媒を活性化した。
【0044】
実施例6において使用したものと同じ供給物中のアセチレン型不純物を、接触蒸留態様で選択的水素化を実行することで除去した。炭化水素供給速度は、1.2ポンド/時だった。水素速度はランの初めに1scf/時だったが、ランの最中により高い速度に変更された。炭化水素及び水素供給物を、鞍状物充填材よりも下の箇所において供給した。結果を図6に示す。3scf/時以上の水素速度で、供給物中のエチルアセチレン及びビニルアセチレンは事実上全て除去された。1,3−ブタジエンのほぼ完全な回収が得られた。図6に示すように、触媒は、固定床稼働よりも接触稼働態様下ではるかに安定だった。
【0045】
実施例8
本発明において開示する銅触媒中に銅触媒の性能を改良するために酸化亜鉛を取り入れることの有益な効果を証明するために、この実験を実行した。銅触媒を、実施例5において使用したものと同一の手順に従って製造した。100mlの脱イオン水中の22.6gのCu(NO32.2.5H2O、Ni(NO32.6H2O、0.04gのAgNO3、及び4.0gのZn(NO32.6H2Oの混合溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、実施例5において使用したものと同じ60gのアルミナに上記の溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩さらに乾燥した後に、400℃、マッフル炉中で3時間か焼した。18gのこの触媒を、100mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。触媒活性化を、対照実施例1において説明したものと同じ方法で実行した。
【0046】
475ppmのメチルアセチレン、959重量ppmのビニルアセチレン及び731重量ppmのエチルアセチレン、54.87重量%の1,3−ブタジエン、0.12重量%の1,2−ブタジエン、6.42重量%のt−2−ブテン、4.16重量%のc−2−ブテン、16.76重量%の1−ブテン、12.53重量%のイソブテン、3.56重量%のn−ブタン、1.27重量%のイソブタン、並びに0.09重量%の他のもので構成される混合C4流れを選択的に水素化して、その中のアセチレン型不純物を除去した。選択的水素化を、147°Fの一定温度及び119psigで実行した。一定の炭化水素及び水素供給速度である3ml/分(6.1WHSV)及び27.1scc/分をランの間中使用した。このランの結果を、図7及び8に要約する。銅触媒中に取り入れられた酸化亜鉛が触媒性能に及ぼす有益な効果が、この実施例において明確に証明される。
【0047】
実施例9
この実施例においては、本発明において開示する好ましい溶媒のうちの1つであるテトラヒドロフラン(THF)の有用性を証明する。実施例5において製造した銅触媒(36グラム)を、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。この実施例において使用する混合C4供給物は、以下の組成を有した;20ppmのメチルアセチレン、588ppmのビニルアセチレン、599ppmのエチルアセチレン、44.51重量%の1,3−ブタジエン、0.07重量%の1,2−ブタジエン、6.29重量%のt−2−ブテン、4.33重量%のc−2−ブテン、15.97重量%の1−ブテン、18.04重量%のイソブテン、9.36重量%のn−ブタン、1.30重量%のイソブタン、並びに0.01重量%の他のものである。176時間の運転時間の後、反応器を、N2ガスを用いてフラッシングした後に、147°F、200psigで1時間、次に157°Fで5時間、10cc/分のTHF、66.9scc/分のH2で、触媒を、THFを用いて洗浄して、触媒表面に堆積したポリマーを除去した。反応器を、N2ガスを用いてフラッシングした後に、選択的な水素を継続した。一定温度(147°F)及び圧力(119psig)をランの間中維持した。この実験の最中のランの条件を表3に列記する。
【0048】
この実験の結果を、図9に示す。図9に示すように、アセチレン型不純物の漏出が128時間の運転時間で起きた。しかし、触媒をTHFを用いて洗浄した後に、漏出の場合と同じ条件下で得られた生成物は、検出可能な量のアセチレン型不純物を含まなかった。
【0049】
【表3】
Figure 2004529759
【0050】
従って、THFは、触媒再生のための好ましい溶媒のうちの1つである。またTHFは、接触蒸留塔を使用して選択的水素化を実行するために使用される好ましい溶媒のうちの1つである。THFをCD選択的水素化において溶媒として使用する場合に、THFを触媒床よりも上で蒸留塔に供給することができ、またはこれを混合C4供給物流れと共に塔に供給することができる。こうした2つの場合には、塔稼働のための異なる条件が必要となろう。後者の場合、塔は、THFに関して全内部還流(total internal reflux)条件下で稼働しよう。両方の場合に、THFはボトム生成物として塔から除去され、塔に再循環されよう。しかしながら、再循環THF流れの一部は、再循環流れ中の重質成分の蓄積を避けるために、塔に戻る前に分離器中で精製されよう。
【0051】
実施例10A
対照実施例2において使用した混合C4供給物中のアセチレン型不純物(7132ppmの全アセチレン類)の選択的水素化に関して、実施例5において製造した銅触媒を試験した。18gの触媒を、100mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1におけるものと同じ反応器中に装填した。対照実施例1におけるものと同一の方法で、触媒を活性化した。選択的水素化を、147°Fの一定温度及び119psigで実行した。最初の66.5時間の運転時間の間、炭化水素及び水素供給速度は、それぞれ2.9ml/分(5.87WHSV)及び45scc/分であり、次に、それぞれ1.4ml/分(2.83WHSV)及び24.1scc/分に変更された。
【0052】
実施例10B
パラジウムを用いて促進された銅触媒を、本発明に従って製造した。実施例5において使用したアルミナを、900℃で3時間、空気中でか焼した。110mlの脱イオン水中に28.7gのCu(NO32.2.5H2O、Ni(NO32.6H2O、0.04gのAgNO3、0.34gのCr(NO33.9H2O及び0.34gのCo(NO32.6H2Oを溶解させることで、混合溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、上記のか焼したアルミナ(60g)にこの溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩さらに乾燥した後に、これを、400℃、マッフル炉中で3時間、空気中でか焼した。5.469グラムの水性硝酸パラジウム(II)溶液(オールドリッチ 38,004−0(Aldrich 38,004-0);10重量%の硝酸中の10重量%のPd(NO32)を、アトマイザーを使用して銅触媒球(29.762グラム)表面に噴霧し、その間、銅触媒球は平坦な表面上をあちらこちらに転がり回って、球はパラジウム溶液で一様にコーティングされた。パラジウム塩溶液の微細なミストを生成することが非常に重要である。パラジウム溶液噴霧済みの生成物を、250℃で2時間、空気中でか焼した。Cu/Pd触媒のABDは、0.52g/ccだった。この触媒の分析は、8.20%のCu、0.71%のPd、0.20%のNi、0.11%のCr、及び0.17%のAgを示す。
【0053】
22gのこの触媒を、100mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。以下の手順によって触媒を活性化した;(1)反応器を、100cc/分のN2ガス流中で230°Fに加熱し、(2)200cc/分のH2をN2ガス流に加え、3時間230°Fで保持し、(3)N2ガスを止め、H2ガス流を300cc/分に増大させ、(4)反応器温度572°Fにまで加熱し、3時間572°Fで保持し、次に反応器を30cc/分のH2ガス流中で147°Fに冷却した。
【0054】
実施例10Aにおいて使用したものと同じ供給物中のアセチレン型不純物を、選択的水素化によって除去した。選択的水素化を、142°Fの一定温度で実行した。しかしながら、最初の73時間の運転時間の間、炭化水素及び水素供給速度は、反応器圧力119psigでそれぞれ3.7ml/分(6.1WHSV)及び45scc/分であり、次に、108psigでそれぞれ6.1ml/分(10.1WHSV)及び74.2scc/分に変更された。145時間の運転時間の後に、触媒を、100℃及び108psigで、74.2scc/分のH2流中で5時間、ベンゼン(10ml/分)を用いて洗浄した。選択的水素化を、ベンゼン洗浄の直前と同じ条件で24時間続けたが、ベンゼン(0.6ml/分)を混合C4供給物と同時に反応器に供給した。この後、次の18時間、供給速度を、10ml/分の混合C4供給物、1ml/分のベンゼン、及び90scc/分のH2に変更した。次いで、次の30時間、供給速度を、反応器圧力95psigで15ml/分の混合C4供給物、1.5ml/分のベンゼン、及び112scc/分のH2に増大させた。この後、選択的水素化を、水素速度を95scc/分に低下させて24時間実行し、その間、他のプロセスパラメータを同じ条件で保った。次いで、次の66時間、供給速度を、10ml/分の混合C4供給物、1ml/分のベンゼン、及び54scc/分のH2に低下させ、その間、他のプロセスパラメータを同じ条件で保った。
【0055】
実施例10A及び10Bの結果を、対照実施例2と共に図10及び11に示す。図8に示すように、パラジウムを用いて促進しなかった銅触媒は、高濃度のアセチレン型不純物を取り扱う際に非常に低い活性を有した。しかし、本発明において開示する手法において銅触媒をパラジウムを用いて促進した場合、触媒活性は劇的に改良された。驚くべきことに、本パラジウム促進銅触媒は、市販のPd選択的水素化触媒よりもはるかに優れた活性を有する。さらに驚くべきことに、本パラジウム促進触媒はまた、そのはるかに高い活性にもかかわらず、アセチレン類の同じ転化において、市販のパラジウム触媒に勝る優れた1,3−ブタジエン収率を有する。また、本パラジウム促進触媒の失活速度は、市販のPd触媒または非促進銅触媒よりもはるかに良好だった。この実施例は、高アセチレン型供給物の選択的水素化のための本パラジウム促進銅触媒の、パラジウム触媒または非促進銅触媒に勝る優れた性能を明確に証明する。
【0056】
実施例11
ガンマアルミナ(UCIから得たもので、1/8インチの押出物であり、表面積約260m2/g)を粉砕して10〜20メッシュの顆粒にした。このアルミナの供給者によれば、このアルミナの原料は、対照実施例1において使用したアルミナと同一だった。しかし、この顆粒状アルミナは、対照実施例1において使用したアルミナ(0.792g/ccのABD)よりも低いABD(0.50g/cc)を有する。128mlの脱イオン水中の30gのCu(NO32.6H2O、0.93gのNi(NO32.6H2O、0.047gのAgNO3、0.396Cr(NO)3.9H2O及び0.396Co(NO32.6H2Oの溶液を作製した。ロータリーエバポレーターを使用して、70gの顆粒状アルミナに上記の溶液を含浸させた。含浸生成物を、110℃、真空オーブン中で一晩乾燥した後に、400℃、マッフル炉中で3時間か焼した。18gのこの触媒を、110mlの直径3mmのガラス球とブレンドし、対照実施例1におけるものと同じ反応器中に装填した。以下の手順によって触媒を活性化した;(1)反応器を、100cc/分のN2ガス流中で230°Fに加熱し、(2)200cc/分のH2をN2ガス流に加え、次に3時間230°Fで保持し、(3)N2ガスを止め、H2ガス流を300cc/分に増大させ、(4)反応器温度662°Fにまで加熱し、3時間662°Fで保持し、次に反応器を30cc/分のH2ガス流中で147°Fに冷却した。
【0057】
対照実施例1において使用したものと同じ供給物を選択的に水素化して、アセチレン型不純物を圧力119psigで除去した。最初の29時間の運転時間の間、供給炭化水素及び水素速度は、それぞれ1.8cc/分(3.6WHSV)及び25.7sc./分だった。次いで、次の24時間の運転時間の間、供給速度を、炭化水素の場合に2.4cc/分(4.9WHSV)、水素速度の場合に34.3sc./分に増大させた。この後、ランの終了まで、供給速度を炭化水素の場合に3cc/分(6.1WHSV)にさらに増大させたが、水素供給速度を30sc./分に低下させた。
【0058】
この実験の試験結果と対照実施例1及び4の試験結果との比較を、担体アルミナのABDが触媒性能に及ぼす効果を証明するために、図12及び13に示す。この実施例におけるより低いABDのアルミナ(より高い多孔性を意味する)を使用して製造した触媒は、対照実施例1及び4において使用したより高いABDのアルミナよりも優れていた。この実施例及び対照実施例1におけるアルミナは同じ原料から製造された。しかし、この実施例において使用するより低いABDのアルミナは、アセチレン型不純物を除去する際により有効な触媒をもたらす。この実施例における触媒は、対照実施例1におけるものよりも良好な1,3−ブタジエン収率を有する。対照実施例4における触媒を製造するために使用したアルミナは、本発明において開示する表面積の好ましい範囲に入る表面積を有する。しかし、対照実施例4におけるアルミナのABDは0.98g/ccであり、本発明において開示する好ましいABD(<0.65g/cm3)よりも高い。対照実施例4における触媒がアセチレン型不純物を除去する際の有効性は、ほぼ対照実施例1と実施例11との間に入る。実施例11と対照実施例4とで、1,3−ブタジエンの収率の差はほとんどない。
【0059】
実施例12
比較的に高濃度のアセチレン型不純物を含む供給物の選択的水素化のためのパラジウム促進銅触媒の優れた性能を証明するために、この実施例を実行した。
【0060】
パラジウムを用いて促進された銅触媒を、本発明に従って製造した。実施例5において使用したアルミナを、900℃で3時間、空気中でか焼した。10重量%の硝酸中の4.61gの10重量%のPd(NO32溶液(オールドリッチ 38,004−0:10重量%のPd(NO32)を、6.378gの脱イオン水を用いて希釈することで作製した硝酸パラジウム溶液中に、1.866gのCu(NO322.5H2Oを溶解させることで、混合溶液を作製した。5.56gのこの混合溶液を、アトマイザーを使用して30gのか焼したアルミナ球表面に噴霧し、その間、アルミナ球は平坦な表面上をあちらこちらに転がり回り、次に、噴霧済みの生成物を115℃、真空オーブン中で乾燥した。乾燥した生成物を、250℃で2時間、空気中でか焼した。
【0061】
18gのこの触媒を、110mlの直径3mmのガラス球と混合し、対照実施例1において使用したものと同じ反応器中に装填した。実施例11において説明したものと同じ方法で、触媒を活性化した。対照実施例3において使用したものと同じ供給物中のアセチレン型化合物を、選択的水素化を実行することで除去した。選択的水素化を、142°Fの一定温度及び108psigで実行した。炭化水素供給速度を、ランの終了まで10ml/分(20.2WHSV)で保った。しかしながら、44scc/分〜90scc/分の範囲内の水素流量の変動がランの最中に生じた。
【0062】
この実施例12及び対照実施例3の結果を、図14及び15に示す。本パラジウム促進銅触媒の、従来のパラジウム触媒に勝る優れた触媒活性が明確に証明される。実施例12における供給速度は対照実施例3のものよりも少なくとも4倍高いにもかかわらず、本パラジウム促進銅触媒は、対照実施例3における従来のパラジウム触媒に勝る1,3−ブタジエンの優れた収率(図14において回収率として表す)を有しながら、20ppm未満のC4アセチレン類を含む生成物を生じることができる。C4アセチレン類の回収率を、100%対C4アセチレン類の%転化によって定義する。例えばC4アセチレン類の0%回収率は、C4アセチレン類の100%除去に等しく、100%の1,3−ブタジエン回収率は、1,3−ブタジエンの0%転化に等しい。
【0063】
生成物中のエチルアセチレン対ビニルアセチレンの比を、図15に示す。本パラジウム促進銅触媒は、ビニルアセチレンに対する反応性が従来のパラジウム触媒よりもはるかに高い。本パラジウム促進銅触媒は、非促進銅触媒よりも約1桁高い活性を有する。本パラジウム促進銅触媒が、従来のPd触媒よりも数倍高い活性を有し、しかもなおこれが1,3−ブタジエンを保持する優れた選択性を有することは予想外である。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】アセチレン類の選択的水素化のために上部に本銅触媒を有するCD反応器の略図である。
【図2】アセチレン類の選択的水素化のために上部に本銅触媒を有し、メルカプタン類及びジオレフィン類を反応させるために下部にVIII族触媒を有するCD反応器の略図である。
【図3】実施例5のアルミナ担体及び触媒の細孔分布のグラフ図である。
【図4】実施例の対照1、実施例5及び実施例6の生成物中の全生成物アルキン類のグラフ図である。
【図5】実施例の対照1、実施例5及び実施例6の全1,3−ブタジエン生成物の収率のグラフ図である。
【図6】CDにおける実施例7の結果のグラフ図である。
【図7】実施例5(非CD)及び実施例8(CD)の生成物中の全アルキン類のグラフ図である。
【図8】実施例5(非CD)の1,3−ブタジエン生成物及び実施例8(CD)を比較するグラフ図である。
【図9】使用された触媒の溶媒処理の利益のグラフ図である。
【図10】Pd促進Cuの利益を示すために実施例10A及び10Bを比較するグラフ図である。
【図11】1,3−ブタジエン製造に及ぼすPd促進Cuの利益を示すために実施例10A及び10Bを比較するグラフ図である。
【図12】アセチレン類の除去の場合の本発明によるABDの利益のグラフ図であり、対照実施例1及び4並びに実施例11を比較したものである。
【図13】1,3−ブタジエン生成物の場合の本発明によるABDの利益のグラフ図であり、対照実施例1及び4並びに実施例11を比較したものである。
【図14】本パラジウム促進銅触媒の利益のグラフ図であり、実施例12と対照実施例3とを比較したものである。
【図15】実施例12と対照実施例3とを比較することによる、本パラジウム促進銅触媒を従来のパラジウム触媒と区別する化学的指紋のグラフ図である。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to the selective removal of more unsaturated compounds from a mixture of unsaturated compounds. More specifically, the invention relates to the selective hydrogenation of acetylenic compounds from mixtures with dienes such as 1,3-butadiene. The present invention provides both a novel catalyst and a method for the selective hydrogenation of acetylenes that are miscible with other unsaturated compounds.
[Background Art]
[0002]
Supported copper and palladium catalysts have been the preferred catalysts for removing acetylene-type impurities in olefin streams by selective hydrogenation. Copper catalysts selectively hydrogenate acetylene-type compounds without substantial hydrogenation of olefins and diolefins (referred to herein as selectivity for retaining olefins), but mainly It has relatively low activity and short cycle times due to polymer deposition on the catalyst surface. Palladium catalysts have excellent activity and much longer cycle times than copper-based catalysts, but have lower selectivity for acetylenes. Small amounts of silver or gold have been added to palladium catalysts as modifiers to improve the olefin selectivity of the palladium catalyst.
[0003]
Fr 1 253 947 (1960) disclosed copper catalysts for the selective hydrogenation of acetylenic compounds in diolefin or monoolefin streams. Selective hydrogenation was performed in the vapor phase. Copper having a purity of 99.9-99.999% is converted to a high surface area (25-300 m Two / g) supported on the carrier surface. The copper content of the catalyst was in the range of 5-20%. The catalyst may comprise less than 0.1% of another metal (based on the metal content of the catalyst), for example Fe, Ni, Ru, Rh, Pd, Ir or Pt as cocatalyst. Selective hydrogenation was performed both in the vapor phase and in the liquid phase. U.S. Pat. Nos. 4,440,956 (1984) and 4,493,906 (1985) describe improved copper catalysts supported on very specific alumina surfaces, such as gamma alumina made from aluminum alkoxides, comprising liquid hydrocarbons. A copper catalyst useful for removing alkynes in a stream has been disclosed. The patentee states that gamma alumina should have 60-90% of the pores have a pore diameter of about 40 Å-120 Å and less than 25% and more than 2% have a pore diameter of 1000 Å-10,000 Å. Characterized as having Angstrom. The nitrogen surface area of alumina is about 68-350m Two / g. The catalyst contained 3 to 13% by weight of Cu. The catalyst comprised a minor amount of at least one multivalent activator metal selected from the group consisting of silver, manganese, cobalt, nickel and chromium. High purity alumina (especially sodium (should be less than 0.15% by weight) and Fe Two O Three (In terms of content (less than 0.06% by weight)) was claimed to be a requirement due to surface area shrinkage caused by frequent catalyst regeneration.
[0004]
Ger 2 109 070 (1970) disclosed a copper (26%)-zinc oxide catalyst for the selective hydrogenation of acetylenic compounds in a 1,3-butadiene stream in the vapor phase.
U.S. Pat. No. 4,174,355 (1979) disclosed a process for removing .alpha.-acetylene from a diolefin stream by non-selective hydrogenation. In the absence of hydrogen and oxygen, feed vapor and CuO and / or Ag supported on α-alumina surface Two The alkynes were removed by contact with O.
[0005]
U.S. Pat. No. 4,533,779 (1985) discloses alumina (1-100 m) for the selective hydrogenation of acetylenic compounds. Two / g), a palladium / gold catalyst supported on a support surface. The contents of palladium and gold in the catalyst were in the range of 0.03-1% by weight and 0.003-0.3% by weight, respectively.
[0006]
U.S. Pat. No. 4,831,200 (1989) disclosed a process for the selective hydrogenation of alkynes in an olefin stream, such as a mixture with 1,3-butadiene. Selective hydrogenation was performed sequentially in two stages. In the first step, the hydrocarbon feed was passed, together with hydrogen, at least partially in the liquid phase over a palladium catalyst such as that disclosed in US Pat. No. 4,533,779, discussed above. In the second stage, the product stream resulting from the first stage, again with hydrogen, at least partially in the liquid phase, such as those disclosed in the above-discussed U.S. Pat. Nos. 4,493,906 and 4,440,956 Passed over a fresh copper catalyst, resulting in a significantly reduced alkyne concentration in the finished product stream.
[0007]
U.S. Pat. No. 5,877,363 (1999) discloses mixed olefin rich C by using supported hydrogenation catalysts such as Pt and Pd. Four A method for the selective hydrogenation of acetylenic impurities and 1,2-butadiene in a stream has been disclosed.
[0008]
In general, palladium catalysts are much more active than copper catalysts due to the selective hydrogenation of acetylenic compounds in olefin vapors. However, when attempting to remove high concentrations (> 2000 ppm) of total alkynes in the stream to less than about 500 ppm of total alkynes, especially when acetylenes are reduced to less than 200 ppm, the palladium catalyst can be used to convert 1,3-butadiene to 1,3-butadiene. It shows low selectivity for retaining such diolefins. In industrial practice, the non-selectivity of the palladium catalyst is undesirable because it results in the loss of 1,3-butadiene.
[0009]
On the other hand, copper catalysts are highly selective at retaining diolefins such as 1,3-butadiene by being very selective for hydrogenation of acetylenes. However, the activity of the copper catalyst is low. Also, due to the rapid deactivation caused by the deposition of the polymeric material on the catalyst surface, the cycle time of the catalyst is undesirably short for feed streams containing more than about 2000 ppm total alkynes. Even though the hydrogenation is performed in the liquid phase, some of the polymer deposited on the copper catalyst surface has little solubility in the liquid product stream under selective hydrogenation conditions. For these two reasons, copper catalysts require improvements to the selective hydrogenation of mixed olefin feeds containing relatively high levels of total alkynes.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[0010]
The present invention comprises a catalyst comprising a copper component comprising about 0.1 to 25% by weight, preferably 0.2 to 20% by weight of Cu; % Of the silver or gold modifier is in the range of 0 to 15% by weight, preferably 0 to 10% by weight; the zinc oxide modifier is in the range of 0 to 25% by weight, preferably 0 to about It is in the range of 15% by weight. The silver modifier moderates catalytic activity and improves olefin yield and cycle time. Zinc oxide modifiers improve the yield of olefins such as 1,3-butadiene and slightly improve the catalytic activity. Zinc oxide-modified copper catalysts are particularly very effective for removing vinylacetylene impurities while having a very high yield of 1,3-butadiene. In a preferred embodiment, the catalyst component is deposited on the support surface.
[0011]
Preferred carriers have an average pore diameter greater than about 200 Angstroms, no micropores, a total pore volume greater than about 0.65 cc / g, and preferably about 230 m Two have a BET surface area of less than / g. The copper catalyst is promoted, preferably with a Group VIII metal such as palladium, to improve the low activity of the copper catalyst. The product stream typically contains less than 20 ppm of total alkynes. The copper catalyst and the palladium promoted copper catalyst may also be adjusted with zinc oxide to improve the performance of the catalyst. Two or more copper catalysts promoted with different levels of palladium were charged to the reactor. Also preferably, the copper catalyst is adjusted with silver, gold or both silver and gold to reduce polymer formation by the copper component of the catalyst and improve the yield of olefins such as 1,3-butadiene. Prevents the loss of copper and palladium by leaching into the liquid phase of hydrocarbons.
[0012]
A method of removing acetylene-type compounds by contacting a hydrocarbon stream containing a small amount of the acetylene-type compounds with the catalyst of the present invention in various arrangements and shapes is also a part of the present invention.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0013]
The selective hydrogenation is preferably carried out at least partially in the liquid phase, for example by using one or more catalytic distillation (CD) units. Thus, a novel process is provided to allow selective hydrogenation to be carried out in one step at higher throughput rates, while still maintaining high selectivity and long catalyst life while retaining olefins such as dienes. It is highly desirable to provide an improved copper catalyst. In the present invention, this object is achieved by carrying out the selective hydrogenation in a single reactor having a highly active and still highly selective copper catalyst. Preferably, the selective hydrogenation is performed at least partially in the liquid phase by using a catalytic distillation (CD) unit. The distillation column is charged with two or more copper catalysts promoted using different levels of Group VIII elements such as palladium, ruthenium, nickel, and the like, and conditioned with zinc oxide and Group IB elements. A preferred cocatalyst is palladium. Promoting the copper catalyst with palladium is highly desirable when handling high acetylenic feeds. The data show that copper becomes much more active when alloyed with palladium, and that there is a slight loss of selectivity for retaining olefins such as 1,3-butadiene or 1-butene. Show. By alloying copper with palladium, the chemistry of the present copper-palladium catalyst changes from conventional palladium or palladium-silver catalysts. The nature of the change is demonstrated in Example 12. The ratio of ethyl acetylene to vinyl acetylene in the product stream obtained from the present invention is much higher than the product obtained from conventional palladium catalysts, because the present copper-palladium catalyst contains vinyl acetylene and ethyl acetylene. Is significantly different from conventional palladium or palladium-silver catalysts. Therefore, C Four The difference in ratio for a given conversion of acetylenes is a fingerprint that distinguishes the chemical catalytic properties of the present copper-palladium catalyst from conventional palladium catalysts.
[0014]
Mixed C to produce a clean 1,3-butadiene concentrated product Four In handling the feed stream, a copper catalyst may be charged into the debutanizer distillation column to provide a CD reactor. The feed to the catalytic distillation column is fed to the central section of the column, preferably below the catalyst bed. The product is recovered as overhead distillate. The heavier product is recovered as the bottom product. The palladium content of the copper catalyst charged into the CD reactor gradually decreases as it rises from the bottom section to the top section of the catalyst bed. The catalyst is charged above the point of feed to the distillation column. Hydrogen is fed to a location in the bottom section of the distillation column, either together with the hydrocarbon feed or separately. The optimum ratio of hydrogen to total alkynes in the catalytic reaction zone depends not only on the Cu content of the catalyst but also on the Cu / Pd weight ratio. Thus, depending on the composition of the catalyst in the reactor, hydrogen is preferably fed to more than one location along the catalytic distillation column or fixed bed. The palladium component of the catalyst also improves the cycle time of the catalyst. It is not known how this additional benefit of the copper catalyst promoted with Pd occurs, but the unsaturated precursors leading to the polymeric material are more effectively hydrogenated and The deposition of the polymer material may be slower or negligible. Polymeric materials can have higher solubility in product vapors than polymers formed on unpromoted copper catalyst surfaces. Thus, the precursor and polymer materials are effectively flushed from the catalyst to the bottom of the catalytic distillation column, resulting in a cleaner catalyst surface that is continuously regenerated. Preferably, the copper component of the catalyst is adjusted with a Group IB element, such as silver and / or gold, or both to further reduce polymer formation and improve diene selectivity, and to remove copper and palladium metal from the catalyst. Improve the leaching point gradually.
[0015]
The catalyst was further conditioned with zinc oxide to improve catalytic activity, yield of olefins such as 1,3-butadiene, cycle time of the catalyst, and copper and palladium by leaching slowly from the catalyst. Losses may be reduced. In the case of a Cu—Zn—Al methanol synthesis catalyst produced by coprecipitation of a mixed solution of nitrates, Cu (II) ions are converted to a zinc oxide phase of a copper-zinc oxide-alumina catalyst (produced by a coprecipitation method). And its concentration can be as high as about 25 atomic% (TM Yurieva, et al. React. Kinet. Catal. Lett., 29, pp. 55-61, 1985). All copper catalysts disclosed in this invention have been observed to have a high content of active hydrogen species capable of hydrogenating olefins in the absence of hydrogen, whether or not the catalyst contains zinc oxide. .
[0016]
Hydrogenation may be performed in two stages. For example, selective hydrogenation can be performed as shown in FIG. 2 using two CD reactors, or a combination of a CD reactor and a fixed bed reactor, or two fixed bed reactors. In operation of the fixed bed reactor, the reactor effluent stream from the first reactor is cooled before entering the second reactor to remove heat from the hydrogenation reaction exotherm, More than one reactor may be required. It may also be possible to recycle the reactor effluent in a fixed bed reactor operation to dilute the heat of the hydrogenation reaction. If desired, the polymer may be flushed from the catalyst in a reactive distillation manner or in a straight-pass manner using a material in which the polymer deposited on the catalyst surface is soluble. Examples of such solvents include tetrahydrofuran, furan, 1,4-dioxane, ethers, gamma-butyrolactone, benzene, toluene or mixtures thereof. After separating the product from the solvent, as shown in FIG. 1, the solvent is recycled and returned to the reactor. Another approach to extending catalyst life is to wash the catalyst intermittently with a liquid solvent at a temperature in the range of about 40 ° C. to 350 ° C. to remove deposited polymer from the catalyst. While flushing the polymer from the catalyst, a small amount of hydrogen gas, if desired, is passed through the catalyst bed along with the solvent. C Four In performing the selective hydrogenation of actelyenes in a stream in a CD mode, if the boiling point of the solvent is above about 100 ° F., the solvent may be added to the top of the catalytic zone of the catalytic distillation reactor. The solvent then flows downflow at the bottom of the column. In a straight pass reactor, a solvent may be fed to the reactor along with the reactant feed stream. During both embodiments, it is desirable to apply sufficient pressure so that at least 0.2 mol% of the acetylenes in the feed stream is in the liquid phase containing solvent and hydrocarbons in the reaction zone. .
[0017]
The preferred support used for the preparation of the catalyst in the present invention is a mesoporous material and should have a relatively large pore volume. As the average pore diameter of the supporting material increases, the pore volume increases as well, but both the surface area of the material and the ABD (apparent bulk density, often referred to as packed density) Decreases. Preferably, the carrier will have no micropores, preferably no pores less than about 30 angstroms in diameter. In general, the pore size distribution and size of the pores play an important role in catalytic performance, as the deposition of heavy materials on the catalyst surface causes catalyst deactivation and excessive reaction to reduce the selectivity of the desired material. One of the preferred supports in the present invention is a transition alumina. The desired alumina pores are mainly composed of pores having a diameter greater than 100 angstroms. About 85%, preferably about 90%, of the pores will have a pore diameter greater than 100 angstroms as measured by nitrogen porosimetry. Preferred aluminas have an average pore diameter of greater than about 100 angstroms, preferably greater than 120 angstroms, greater than about 0.65 cc / g (as measured by nitrogen porosimetry), and preferably greater than 0.70 cc / g. Also large total pore volume, preferably about 230 m Two / g, most preferably 30-200 m Two / g BET surface area, about 0.70g / cm Three It will have an apparent bulk density (ABD) of less than. The pores of alumina are composed of pore diameters of various sizes. Within a certain range of alumina surface area, the pore distribution of the alumina can be manipulated depending on how the alumina was produced and calcined. Unlike the alumina disclosed in U.S. Pat. No. 4,440,956, preferred aluminas in the present invention have pores in which at least 30%, preferably at least 50%, of the pores have a diameter greater than 100 Angstroms, and It will have a total pore volume of greater than 0.65 cc / g, preferably about 0.75 cc / g.
[0018]
The preferred aluminas disclosed in the present invention can be made by a number of techniques well known to those skilled in the art of making so-called activated alumina. One of the preferred aluminas disclosed in the present invention can be made by the so-called oil dropping gelatiion technique. Examples of the prior art are disclosed in U.S. Patent Nos. 2,620,314 (1952) and 4,273,735 (1981). Spherical alumina is prepared from an aluminum hydroxychloride sol prepared by digesting aluminum metal in an aqueous hydrochloric acid solution. The spherical alumina sol material in the form of droplets is gelled in a basic liquid oil phase, followed by aging, washing, drying and calcining (at various temperatures depending on the desired properties of the alumina), Transition alumina. Alternatively, preferred spherical aluminas can be produced using dispersed boehmite or pseudo-boehmite alumina sols by an oil-drop gelation technique. An example of the prior art is disclosed in U.S. Pat. No. 4,179,408 (1979). Alumina sols are made by dispersing suitable boehmite, pseudo-boehmite, or a mixture of boehmite and pseudo-boehmite alumina in acidic water. The pseudo-boehmite or boehmite raw material is obtained by hydrolyzing and crystallizing an aluminum alkoxide or by reacting sodium aluminate with an aluminum salt such as aluminum sulfate to crystallize. Various boehmite aluminas or dispersed boehmite alumina sols are commercially available. Condea is one of the suppliers. In order to produce a preferred spherical alumina having a pore structure disclosed in the present invention, Disperal HP 14/2, Dispal 11N7-80, Dispal 23N4-20, Disperal. HP14, Deperal 40, Pural 200, Pral 100, Pral NG, etc., or mixtures thereof can be used. Other boehmite aluminas such as Catapal C1, Pral SB, Disperal P2, etc. are not preferred raw materials for the production of the preferred alumina disclosed in the present invention. Such materials provide similar aluminas as disclosed in U.S. Patents 4,493,906 and 4,440,956.
[0019]
The preferred alumina in extrudate form can also be prepared by extruding the preferred boehmite alumina discussed above and calcining at an elevated temperature of about 550C to 1200C. Generally, transition aluminas are various mixtures of crystalline aluminas, such as amorphous, γ, χ, δ, η, ρ, θ, α, etc., whose surface area is more stable by repeated exposure to high temperature atmospheres. Tend to shrink due to slow crystallization leading to a different crystal form. In particular, this surface area shrinkage is accelerated in the presence of atmospheric moisture or trace amounts of sodium in alumina or both. If the gamma alumina is in the desired form, calcination is usually performed at a temperature of about 550C to 700C. Unlike the aluminas disclosed in U.S. Pat. Nos. 4,493,906 and 4,440,956, alumina supports were prepared in an oil-drop gelation procedure using an aluminum hydroxychloride sol containing very little chlorine. The small amounts of sodium or chlorine in alumina disclosed in the present invention do not usually cause significant problems when operating catalytic distillation with solvents or fixed bed operation due to long catalyst cycle times. .
[0020]
The preferred physical forms of alumina in the present invention are spheres, extrudates, pellets and granules, which have a diameter of less than about 1/4 inch, preferably 1/8 inch, and in the case of extrudates or pellets, lengths. It has a length of less than about 1/2 inch, preferably less than 1/4 inch in length.
[0021]
The copper component of the catalyst is placed on a preferred alumina surface by various impregnation techniques using aqueous solutions of cupric salts such as cupric nitrate, cupric acetate, and the like. The impregnation product is calcined at about 100-500 ° C, preferably 200-400 ° C, to decompose the salts and obtain a copper oxide-alumina product. The silver and zinc oxide modifiers are incorporated into the catalyst by co-impregnation of a silver salt such as silver nitrate and a copper salt with a zinc salt such as zinc nitrate. If desired, they are incorporated into the copper catalyst by double impregnation. The zinc oxide modifier or both the silver and zinc oxide modifiers are placed on the alumina support surface prior to impregnation with the solution of the copper compound. The impregnation product is calcined at about 100-650 ° C, preferably 100-600 ° C, to obtain a copper oxide-silver oxide-alumina catalyst or a copper oxide-silver oxide-zinc oxide-alumina catalyst. Yet another approach can be used to produce a zinc oxide-modified copper catalyst, which comprises dropping an alumina sol containing a desired amount of a zinc salt or both a zinc salt and a copper salt into a basic oil phase. By forming a gel followed by aging, washing and calcining in the temperature range of 450-1200C.
[0022]
The palladium promoter is catalyzed by simultaneous impregnation of a palladium compound solution such as palladium (II) nitrate, palladium (II) acetate, palladium (II) acetylacetonate and a copper salt solution or a solution containing a copper salt and a silver salt. Take it inside. Various impregnation techniques can be used, but a palladium compound solution, or a mixed solution of a palladium compound and a copper compound, or a palladium compound and a copper compound and a silver compound, or a palladium compound, a copper compound, a silver compound, and a zinc compound A preferred impregnation technique is spray coating impregnation using an atomizer. It is highly desirable to spray the solution uniformly on the surface of the carrier. It is also highly desirable to use a compressed gas atomizer to generate fine mist of palladium solution. When spraying various palladium solutions onto a support surface such as alumina, the desired volume of the solution is determined by the total pore volume of the impregnated support (the weight of the support, the pore volume per unit weight of the support). Less than about 90% by volume, preferably less than about 85% by volume.
[0023]
When producing highly active copper catalysts promoted with palladium, impregnation of the catalyst components can be carried out in one or two stages. In a two-stage impregnation, the first stage impregnation technique typically employs an incipient pore impregnation technique to deposit a solution of a copper compound, or a copper and zinc compound, or a copper compound on an alumina support. , Zinc and silver compound, or a mixed solution containing zinc and silver compound, followed by drying at a temperature of about 100 to 250 ° C and calcining at a temperature of 250 to 700 ° C, preferably 300 to 550 ° C. In the second stage, the product resulting from the first stage is added to a solution of a palladium compound, preferably a palladium and copper compound, or a palladium and copper and silver compound, or a palladium, copper, zinc and silver compound Or a mixed solution of palladium, silver, and a zinc compound is impregnated by a spray coating technique using an atomizer, followed by drying at a temperature of 100 to 250 ° C, and about 250 to 650 ° C, preferably 300 to 550 ° C. Calcination at a temperature of ° C.
[0024]
Another preferred method of incorporating palladium into the copper catalyst is a copper oxide-alumina catalyst, copper oxide-alumina, oxidized solution of a solution of a palladium compound or a mixed solution of a palladium compound such as palladium nitrate and a silver compound such as silver nitrate. Spray coating impregnation on a copper-zinc oxide-alumina catalyst or a copper oxide-silver oxide-zinc oxide alumina catalyst surface, during which the copper catalyst spheres roll over a flat surface inclined at an appropriate angle. A relatively high loading (> 0.15% by weight) of palladium on the copper catalyst surface is desirable for treating a feed containing a relatively high content (> -4000 ppm) of all acetylenic compounds. The combination of co-impregnation and spray coating impregnation is the most desirable approach for high palladium loading on the catalyst surface. It is very important to produce fine mist of palladium solution for spray coating impregnation. If a copper catalyst promoted with greater than about 0.15% Pd is desired, a combination of co-impregnation and spray coating impregnation is generally preferred. The impregnation product is calcined at about 100-400 ° C, preferably 100-350 ° C, in air to produce a palladium promoted copper, copper-silver or copper-silver-zinc catalyst.
[0025]
If desired, a catalyst can be produced by impregnating a mixed solution of metal salts on the surface of the alumina powder having the preferable physical properties of the carrier described above. The raw materials for producing such alumina powders are suitable boehmite powders and pseudo-boehmite powders, for example Disperal HP 14/2. The raw material is calcined at a temperature of about 400C to about 750C before impregnation. The impregnation product is calcined in air at a temperature of about 250-550 ° C and shaped into extrudates or pellets of the desired size. If desired, the impregnation product is shaped into extrudates or pellets, and the shaped material is then calcined in air at elevated temperatures of about 250C to 550C.
[0026]
The catalyst activation is carried out at about 60-400 ° C., preferably 100-350 ° C., in a gas stream comprising hydrogen. The content of hydrogen in the gas gradually increases during the activation, from about 5% to more than 50% by volume in an inert gas such as nitrogen. During catalyst activation, a sufficient amount of gas flow is preferred as it is not expected that water vapor condensation on the catalyst surface will occur. The length of activation depends on the amount of catalyst in the reactor, the hydrogen content in the gas and the activation temperature. In the laboratory, for less than about 100 grams of catalyst, 30 minutes to about 10 hours is sufficient. In industrial practice, much longer activation times will generally be required. After activation of the catalyst, the hydrogen remaining in the reaction zone is flushed with an inert gas. At the beginning of the selective hydrogenation, the content of unsaturated compounds in the feed stream should be kept at very low levels in the catalytic reaction zone by using an inert diluent such as a saturated hydrocarbon, This is done until most of the hydrogen content in the activated catalyst has been consumed. Due to the relatively high content of copper on the catalyst surface, the activated catalyst contains a relatively large amount of active hydrogen which can cause run away temperatures in the catalyst bed.
[0027]
In handling actual feed streams in industrial practice, it is necessary to protect selective hydrogenation catalysts, such as copper catalysts, from poisoning by sulfur compounds, such as alkyl mercaptans. Catalysts such as Pd, Ni, etc. to protect the selective hydrogenation catalyst from poisoning by alkyl mercaptans in the feed stream or selective hydrogenation catalysts disclosed in the present invention to maximize the mercaptan reaction The sulfur impurities are converted to heavier sulfur compounds by reacting with olefins, acetylene type compounds or dienes on an otherwise optimized optional catalyst. Heavier sulfur products are removed from lighter components by simple distillation. During this mercaptan removal operation, sulfur compounds are converted to H Two It is very important not to generate S, because H Two S will poison the selective copper hydride catalyst. In the CD unit, this removal of the mercaptans can be performed simultaneously with the selective hydrogenation in a single distillation column. A catalyst for forming higher boiling organic sulfides from mercaptans, such as those disclosed in U.S. Patent Nos. At the bottom of the selective hydrogenation catalyst bed. Heavier sulfur compounds are removed as bottom products from the CD column before entering the selective hydrogenation reaction zone, thereby protecting the selective hydrogenation catalyst from sulfur impurities. It is important to maintain a minimum amount of hydrogen in this mercaptan reaction zone so that no hydrogen sulfide is produced. If excess hydrogen is available, some of the mercaptans may be converted to hydrogen sulfide by hydrodesulfurization of the alkyl mercaptans or sulfides. To prevent the formation of hydrogen sulfide, it may be necessary to adjust the hydrogen content in the mercaptan reaction zone differently from that in the catalytic selective hydrogenation reaction zone.
[0028]
Comparative Example 1
A copper catalyst was prepared according to Example 1 of U.S. Patent No. 4,440,956. Gamma alumina (CS 331-1 from UCI, 1/16 inch extrudate, surface area 265 m Two / g) was calcined at 700 ° C. for 3 hours in an ambient atmosphere before use. The ABD changed little before and after calcination. The calcined alumina had an ABD of 0.792 g / cc. 28.7 g Cu (NO in 110 ml deionized water) Three ) Two . 2.5H Two O, Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, 0.04 g of AgNO Three , 0.34 g of Cr (NO Three ) Three . 9H Two O and 0.34 g of Co (NO Three ) Two . 6H Two A solution of O was made. Using a rotary evaporator, 60 g of UCI alumina was impregnated with the above solution. The impregnated product was dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight and then calcined in a muffle furnace at 400 ° C. for 3 hours. The ABD of the catalyst was 0.87 g / cc. 22 g of this catalyst were blended with 100 ml of 3 mm diameter glass spheres and loaded into a vertical stainless steel reactor (1 inch diameter × 20 inch length) used as a conventional reactor. The catalyst was activated by the following procedure; (1) The reactor was charged with 100 cc / min N 2 Two Heat to 230 ° F in a gas stream and (2) 200cc / min H Two To N Two In addition to the gas flow, then hold at 230 ° F. for 3 hours; Two Stop gas, H Two The gas flow was increased to 300 cc / min and (4) heated to a reactor temperature of 662 ° F. and held at 662 ° F. for 3 hours, then the reactor was cooled to 30 cc / min H2. Two Cooled to 147 ° F in a gas stream.
[0029]
28 ppm by weight of methyl acetylene, 1034 ppm by weight of vinyl acetylene and 549 ppm by weight of ethyl acetylene, 45.23% by weight of 1,3-butadiene, 0.10% by weight of 1,2-butadiene, 6.05% by weight T-2-butene, 4.22 wt% c-2-butene, 15.36 wt% 1-butene, 18.05 wt% isobutene, 9.34 wt% n-butane, 1.30 % By weight of isobutane, as well as 0.19% by weight of another C Four The stream was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities at a pressure of 119 psig. During the first 26 hours of operation, the feed hydrocarbon and hydrogen rates were 2.2 cc / min (3.6 WHSV) and 31.4 scc / min, respectively. The feed rate was then changed to 3 cc / min (5.0 WHSV) for hydrocarbons and 27 scc / min for hydrogen rates during the next 24 hours of operation. Thereafter, until the end of the run, the feed rate was 2.2 cc / min (3.6 WHSV) for hydrocarbons and 31.4 scc / min for hydrogen rates.
[0030]
Comparative Example 2
18 grams of palladium catalyst (2464F from UCI, 0.7% Pd / 1.4% Ag on alumina surface) was mixed with 110 ml of 3 mm diameter glass spheres and used in Control Example 1. Into the same reactor. 1 ml / min (measured at ambient temperature) isobutane and 10 cc / min 10% by volume H in He Two The catalyst was activated at 180 ° F. by passing gas at 200 psig for 1 hour. 39 ppm by weight of methyl acetylene, 5974 ppm by weight of vinyl acetylene and 1119 ppm by weight of ethyl acetylene, 46.05% by weight of 1,3-butadiene, 0.15% by weight of 1,2-butadiene, 5.68% by weight T-2-butene, 3.95 wt% c-2-butene, 14.38 wt% 1-butene, 17.98 wt% isobutene, 9.24 wt% n-butane, 1.32 % By weight isobutane, as well as 0.54% by weight of the other C Four The stream was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities therein. Selective hydrogenation was performed at a constant temperature of 147 ° F. However, during the first 79 hours of operation, the hydrocarbon and hydrogen feed rates were 3 ml / min (6.1 WHSV) and 36.8 scc / min, respectively, at a reactor pressure of 119 psig, followed by a reactor pressure of 108 psig. Was changed to 4.9 ml / min (9.9 WHSV) and 60 scc / min, respectively.
[0031]
Control Example 3
18 grams of palladium catalyst (CDT-3 from UCI, 0.2% Pd / 0.1% Ag on the surface of alumina) were mixed with 110 ml of 3 mm diameter glass spheres and used in Control Example 1. Was loaded into the same reactor as used in. 1 ml / min (measured at ambient temperature) isobutane and 10 cc / min 10% by volume H in He Two The catalyst was activated at 180 ° F. by passing gas at 200 psig for 1 hour.
[0032]
39 ppm by weight of methyl acetylene, 5974 ppm by weight of vinyl acetylene and 1119 ppm by weight of ethyl acetylene, 46.05% by weight of 1,3-butadiene, 0.15% by weight of 1,2-butadiene, 5.68% by weight T-2-butene, 3.95 wt% c-2-butene, 14.38 wt% 1-butene, 17.98 wt% isobutene, 9.24 wt% n-butane, 1.32 % By weight isobutane, as well as 0.54% by weight of the other C Four The stream was selectively hydrogenated.
[0033]
Control Example 4
Activated alumina (Alfa 31268), 3.2 mm pellet, surface area 90 m Two / g) into 10-20 mesh granules. Granular alumina had an ABD of about 1 g / cc. 28.7 g Cu (NO in 100 ml deionized water) Three ) Two . 2.5H Two O, Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, and 0.04 g of AgNO Three Was prepared. 60 g of granular alumina was impregnated with the above solution using a rotary evaporator. The impregnated product was dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight and then calcined in a muffle furnace at 400 ° C. for 3 hours. 18 g of this catalyst were blended with 110 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor as in Control Example 1. The catalyst was activated by the following procedure; (1) The reactor was charged with 100 cc / min N 2 Two Heat to 230 ° F in a gas stream and (2) 200cc / min H Two To N Two In addition to the gas flow, then hold at 230 ° F. for 3 hours; Two Stop gas, H Two The gas flow was increased to 300 cc / min and (4) heated to a reactor temperature of 662 ° F. and held at 662 ° F. for 3 hours, then the reactor was cooled to 30 cc / min H2. Two Cooled to 147 ° F in a gas stream.
[0034]
The same feed used in Control Example 1 was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities at a pressure of 119 psig. During the first 26.5 hours of operation, the feed hydrocarbon and hydrogen rates were 1.8 cc / min (3.6 WHSV) and 25.7 scc / min, respectively. The feed rate was then changed to 2.4 cc / min (4.9 WHSV) for hydrocarbons and 22.1 scc / min for hydrogen rates during the next 24 hours of operation. Thereafter, the feed rate was again changed to 1.8 cc / min (3.6 WHSV) and 25.7 scc / min for hydrocarbons.
[0035]
Example 5
The copper catalyst was prepared according to the present invention using alumina (1/16 inch diameter spheres) produced by the oil drop gelation technique. Table 1 summarizes the physical properties of alumina. FIG. 1 shows the pore size distribution of alumina. Greater than about 90% of the pores were greater than 100 angstroms in diameter. 28.7 g Cu (NO in 110 ml deionized water) Three ) Two . 2.5H Two O, Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, 0.04 g of AgNO Three , 0.34 g of Cr (NO Three ) Three . 9H Two O and 0.34 g of Co (NO Three ) Two . 6H Two A solution of O was made. Using a rotary evaporator, 60 g of alumina was impregnated with the above solution. The impregnated product was further dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight before calcining in a muffle furnace at 400 ° C. for 3 hours. The physical properties of the catalyst are summarized in Table 2. As shown in FIG. 1, the pore structure of the copper catalyst was only slightly changed from the alumina carrier. 22 g of this catalyst were blended with 100 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor used in Control Example 1. Catalyst activation was performed in the same manner as described in Control Example 1.
[0036]
The same feed used in Control Example 1 was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities at 119 psig. During the first 26 hours of operation, the feed hydrocarbon and hydrogen rates were 2.2 cc / min (3.6 WHSV) and 31.4 scc / min, respectively. The feed rate was then changed to 3 cc / min (5.0 WHSV) for hydrocarbons and 27 scc / min for hydrogen rates during the next 24 hours of operation. After this, the feed hydrocarbon and hydrogen rate was 2.2 cc / min (3.6 WHSV), but the hydrogen rate of 27 scc / min was maintained until the end of the run.
[0037]
The test results for the copper catalyst in Example 5 and Control Example 1 are shown in FIGS. FIG. 3 demonstrates the superior catalytic activity and stability of the catalyst disclosed in the present invention over the prior art. FIG. 5 demonstrates the superior butadiene yield of the present invention over the prior art. The yield of 1,3-butadiene in the same conversion of all alkynes over the catalyst disclosed in this invention is higher than that disclosed in the prior art. Example 5 also shows that if excess hydrogen is available after converting all acetylenic compounds in the feed stream, the excess hydrogen causes loss of 1,3-butadiene due to excessive hydrogenation. Suggest that excess hydrogen should be kept to a minimum in the selective hydrogenation zone.
[0038]
[Table 1]
Figure 2004529759
[0039]
[Table 2]
Figure 2004529759
[0040]
Example 6
The alumina used in Example 5 was calcined in air at 700 ° C. for 3 hours. A copper catalyst was prepared using the calcined alumina. 30 g Cu (NO in 128 ml deionized water) Three ) Two . 2.5H Two O, Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, 0.047 g of AgNO Three 0.396 g of Cr (NO Three ) Three . 9H Two O and 0.396 g of Co (NO Three ) Two . 6H Two A solution of O was made. 70 g of alumina was impregnated with the above solution using a rotary evaporator. The impregnated product was further dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight before calcining in air at 400 ° C. in a muffle furnace for 3 hours. The ABD of the catalyst was 0.57 g / cc. 18 g of this catalyst were blended with 100 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor as in Control Example 1. The catalyst was activated in the same manner as in Control Example 1.
[0041]
444 ppm by weight of methylacetylene, 825 ppm by weight of vinylacetylene and 634 ppm by weight of ethylacetylene, 55.36% by weight of 1,3-butadiene, 0.12% by weight of 1,2-butadiene, 6.39% by weight T-2-butene, 4.13 wt% c-2-butene, 16.84 wt% 1-butene, 12.38 wt% isobutene, 3.53 wt% n-butane, 0.97 % Isobutane by weight, as well as 0.09% by weight of the other mixture C Four The stream was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities at 119 psig. In this example, the hydrocarbon and hydrogen rates were maintained at a constant rate of 3 cc / min for hydrocarbons and 27 scc / min for hydrogen. The test results for the copper catalyst in Example 6 and Control Example 1 are shown in FIGS. 4 and 5 along with the results obtained from Example 5.
[0042]
4 and 5 clearly demonstrate the superior performance of the copper catalyst disclosed in the present invention over the prior art.
[0043]
Example 7
In this example, the catalytic distillation column is mixed C Four Used for selective hydrogenation of acetylenic impurities in the stream. A larger batch of catalyst was prepared using 240 grams of alumina in exactly the same manner as described in Example 5. The catalyst (99.88 grams) was charged into a catalytic distillation tower (1 inch diameter x 25 feet high). The height of the catalyst bed in the tower was 6 feet. 80 inches at the top and bottom of the catalyst bed were filled with a 1/4 inch saddle. The catalyst was activated in the same manner as described in Control Example 1, except that the gas flow was increased in proportion to the catalyst weight.
[0044]
Acetylene-type impurities in the same feed used in Example 6 were removed by performing a selective hydrogenation in a catalytic distillation mode. The hydrocarbon feed rate was 1.2 pounds / hour. The hydrogen rate was 1 scf / hr at the beginning of the run, but was changed to a higher rate during the run. Hydrocarbon and hydrogen feeds were supplied at a point below the saddle filler. FIG. 6 shows the results. At hydrogen rates above 3 scf / hr, virtually all of the ethylacetylene and vinylacetylene in the feed was removed. Almost complete recovery of 1,3-butadiene was obtained. As shown in FIG. 6, the catalyst was much more stable under the catalytic operation than in the fixed bed operation.
[0045]
Example 8
This experiment was performed to demonstrate the beneficial effects of incorporating zinc oxide in a copper catalyst disclosed in the present invention to improve the performance of the copper catalyst. The copper catalyst was prepared according to the same procedure used in Example 5. 22.6 g Cu (NO in 100 ml deionized water) Three ) Two . 2.5H Two O, Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, 0.04 g of AgNO Three , And 4.0 g of Zn (NO Three ) Two . 6H Two A mixed solution of O was prepared. Using a rotary evaporator, 60 g of the same alumina as used in Example 5 was impregnated with the above solution. The impregnated product was further dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight before calcining in a muffle furnace at 400 ° C. for 3 hours. 18 g of this catalyst were blended with 100 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor used in Control Example 1. Catalyst activation was performed in the same manner as described in Control Example 1.
[0046]
475 ppm of methyl acetylene, 959 ppm by weight of vinyl acetylene and 731 ppm by weight of ethyl acetylene, 54.87% by weight of 1,3-butadiene, 0.12% by weight of 1,2-butadiene, 6.42% by weight of t -2-butene, 4.16 wt% c-2-butene, 16.76 wt% 1-butene, 12.53 wt% isobutene, 3.56 wt% n-butane, 1.27 wt% Of isobutane, as well as 0.09% by weight of the other Four The stream was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities therein. Selective hydrogenation was performed at a constant temperature of 147 ° F and 119 psig. A constant hydrocarbon and hydrogen feed rate of 3 ml / min (6.1 WHSV) and 27.1 scc / min were used throughout the run. The results of this run are summarized in FIGS. The beneficial effects of zinc oxide incorporated in the copper catalyst on catalytic performance are clearly demonstrated in this example.
[0047]
Example 9
This example demonstrates the utility of one of the preferred solvents disclosed in this invention, tetrahydrofuran (THF). The copper catalyst prepared in Example 5 (36 grams) was charged into the same reactor used in Control Example 1. Mixed C used in this example Four The feed had the following composition: 20 ppm methylacetylene, 588 ppm vinylacetylene, 599 ppm ethylacetylene, 44.51 wt% 1,3-butadiene, 0.07 wt% 1,2-butadiene, 6.29% by weight of t-2-butene, 4.33% by weight of c-2-butene, 15.97% by weight of 1-butene, 18.04% by weight of isobutene, 9.36% by weight of n- Butane, 1.30% by weight isobutane, and 0.01% by weight others. After a running time of 176 hours, the reactor was Two After flushing with gas, 147 ° F., 200 psig for 1 hour, then 157 ° F. for 5 hours, 10 cc / min THF, 66.9 scc / min H Two The catalyst was washed with THF to remove the polymer deposited on the catalyst surface. Reactor is N Two After flushing with gas, selective hydrogen was continued. A constant temperature (147 ° F.) and pressure (119 psig) were maintained throughout the run. Table 3 lists the run conditions during this experiment.
[0048]
The result of this experiment is shown in FIG. As shown in FIG. 9, leakage of acetylene-type impurities occurred with an operating time of 128 hours. However, after washing the catalyst with THF, the product obtained under the same conditions as in the case of the leak did not contain detectable amounts of acetylenic impurities.
[0049]
[Table 3]
Figure 2004529759
[0050]
Therefore, THF is one of the preferred solvents for catalyst regeneration. THF is also one of the preferred solvents used to perform selective hydrogenation using a catalytic distillation column. When THF is used as a solvent in the CD selective hydrogenation, THF can be fed to the distillation column above the catalyst bed or it can be mixed with mixed C Four The column can be fed with the feed stream. In these two cases, different conditions for tower operation will be required. In the latter case, the column will operate under total internal reflux conditions with respect to THF. In both cases, THF will be removed from the column as a bottom product and recycled to the column. However, a portion of the recycled THF stream will be purified in the separator before returning to the column to avoid accumulation of heavy components in the recycled stream.
[0051]
Example 10A
Mixed C used in Control Example 2 Four The copper catalyst prepared in Example 5 was tested for the selective hydrogenation of acetylenic impurities (7132 ppm of total acetylenes) in the feed. 18 g of catalyst were blended with 100 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor as in Control Example 1. The catalyst was activated in the same manner as in Control Example 1. Selective hydrogenation was performed at a constant temperature of 147 ° F and 119 psig. During the first 66.5 hours of operating time, the hydrocarbon and hydrogen feed rates were 2.9 ml / min (5.87 WHSV) and 45 scc / min, respectively, and then 1.4 ml / min (2. 83 WHSV) and 24.1 scc / min.
[0052]
Example 10B
A copper catalyst promoted with palladium was prepared according to the present invention. The alumina used in Example 5 was calcined in air at 900 ° C. for 3 hours. 28.7 g Cu (NO) in 110 ml deionized water Three ) Two . 2.5H Two O, Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, 0.04 g of AgNO Three , 0.34 g of Cr (NO Three ) Three . 9H Two O and 0.34 g of Co (NO Three ) Two . 6H Two A mixed solution was prepared by dissolving O. The above calcined alumina (60 g) was impregnated with this solution using a rotary evaporator. After further drying the impregnation product in a vacuum oven at 110 ° C. overnight, it was calcined in air in a muffle furnace at 400 ° C. for 3 hours. 5.469 grams of an aqueous palladium (II) nitrate solution (Aldrich 38,004-0); 10% by weight of Pd (NO Three ) Two ) Is sprayed onto the surface of a copper catalyst sphere (29.762 grams) using an atomizer, while the copper catalyst sphere rolls around on a flat surface and the sphere is uniformly coated with a palladium solution. Was. It is very important to generate a fine mist of the palladium salt solution. The product sprayed with the palladium solution was calcined in air at 250 ° C. for 2 hours. The ABD of the Cu / Pd catalyst was 0.52 g / cc. Analysis of this catalyst shows 8.20% Cu, 0.71% Pd, 0.20% Ni, 0.11% Cr, and 0.17% Ag.
[0053]
22 g of this catalyst were blended with 100 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor used in Control Example 1. The catalyst was activated by the following procedure; (1) The reactor was charged with 100 cc / min N 2 Two Heat to 230 ° F in a gas stream and (2) 200cc / min H Two To N Two In addition to the gas flow, hold at 230 ° F for 3 hours, (3) N Two Stop gas, H Two The gas flow was increased to 300 cc / min and (4) heated to a reactor temperature of 572 ° F and held at 572 ° F for 3 hours, then the reactor was cooled to 30 cc / min H Two Cooled to 147 ° F in a gas stream.
[0054]
Acetylene-type impurities in the same feed used in Example 10A were removed by selective hydrogenation. Selective hydrogenation was performed at a constant temperature of 142 ° F. However, during the first 73 hours of operation, the hydrocarbon and hydrogen feed rates were 3.7 ml / min (6.1 WHSV) and 45 scc / min, respectively, at a reactor pressure of 119 psig, then 6 psig at 108 psig. .1 ml / min (10.1 WHSV) and 74.2 scc / min. After a running time of 145 hours, the catalyst was brought to 74.2 scc / min H at 100 ° C. and 108 psig. Two Washed with benzene (10 ml / min) in a stream for 5 hours. The selective hydrogenation was continued for 24 hours under the same conditions as immediately before the benzene washing, but with benzene (0.6 ml / min) mixed C Four The reactor was fed simultaneously with the feed. Then, for the next 18 hours, the feed rate was increased to 10 ml / min mixed C Four Feed, 1 ml / min benzene, and 90 scc / min H Two Changed to The feed rate was then increased to 15 ml / min mixing C at a reactor pressure of 95 psig for the next 30 hours. Four Feed, 1.5 ml / min benzene, and 112 sccc / min H Two Increased. After this, the selective hydrogenation was carried out for 24 hours, reducing the hydrogen rate to 95 scc / min, while keeping the other process parameters under the same conditions. The feed rate was then increased to 10 ml / min mixed C for the next 66 hours. Four Feed, 1 ml / min benzene, and 54 scc / min H Two , While keeping the other process parameters at the same conditions.
[0055]
The results of Examples 10A and 10B, along with Control Example 2, are shown in FIGS. As shown in FIG. 8, the copper catalyst that was not promoted with palladium had very low activity in handling high concentrations of acetylenic impurities. However, when the copper catalyst was promoted with palladium in the procedure disclosed in the present invention, the catalytic activity was dramatically improved. Surprisingly, the present palladium-promoted copper catalyst has much better activity than commercial Pd-selective hydrogenation catalysts. Even more surprisingly, the palladium promoted catalyst also has superior 1,3-butadiene yields over commercial palladium catalysts at the same conversion of acetylenes, despite its much higher activity. Also, the deactivation rate of the present palladium promoted catalyst was much better than commercial Pd catalyst or unpromoted copper catalyst. This example clearly demonstrates the superior performance of the present palladium promoted copper catalyst over palladium or unpromoted copper catalysts for selective hydrogenation of high acetylenic feeds.
[0056]
Example 11
Gamma alumina (obtained from UCI, 1/8 inch extrudate, surface area about 260 m Two / g) into 10-20 mesh granules. According to the alumina supplier, the source of the alumina was the same as the alumina used in Control Example 1. However, this granular alumina has a lower ABD (0.50 g / cc) than the alumina used in Control Example 1 (0.792 g / cc ABD). 30 g Cu (NO in 128 ml deionized water) Three ) Two . 6H Two O, 0.93 g Ni (NO Three ) Two . 6H Two O, 0.047 g of AgNO Three , 0.396Cr (NO) Three . 9H Two O and 0.396Co (NO Three ) Two . 6H Two A solution of O was made. 70 g of granular alumina was impregnated with the above solution using a rotary evaporator. The impregnated product was dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight and then calcined in a muffle furnace at 400 ° C. for 3 hours. 18 g of this catalyst were blended with 110 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor as in Control Example 1. The catalyst was activated by the following procedure; (1) The reactor was charged with 100 cc / min N 2 Two Heat to 230 ° F in a gas stream and (2) 200cc / min H Two To N Two In addition to the gas flow, then hold at 230 ° F. for 3 hours; Two Stop gas, H Two The gas flow was increased to 300 cc / min and (4) heated to a reactor temperature of 662 ° F. and held at 662 ° F. for 3 hours, then the reactor was cooled to 30 cc / min H2. Two Cooled to 147 ° F in a gas stream.
[0057]
The same feed used in Control Example 1 was selectively hydrogenated to remove acetylenic impurities at a pressure of 119 psig. During the first 29 hours of operation, the feed hydrocarbon and hydrogen rates were 1.8 cc / min (3.6 WHSV) and 25.7 sc./min, respectively. The feed rate was then increased to 2.4 cc / min (4.9 WHSV) for hydrocarbons and 34.3 sc./min for hydrogen rates during the next 24 hours of operation. Thereafter, until the end of the run, the feed rate was further increased to 3 cc / min (6.1 WHSV) for hydrocarbons, but the hydrogen feed rate was reduced to 30 sc./min.
[0058]
A comparison of the test results of this experiment with those of Control Examples 1 and 4 is shown in FIGS. 12 and 13 to demonstrate the effect of the ABD of the supported alumina on catalytic performance. The catalyst prepared using the lower ABD alumina in this example (meaning higher porosity) was superior to the higher ABD alumina used in Control Examples 1 and 4. The alumina in this example and control example 1 were made from the same raw materials. However, the lower ABD alumina used in this example results in a more effective catalyst in removing acetylenic impurities. The catalyst in this example has a better 1,3-butadiene yield than in Control Example 1. The alumina used to make the catalyst in Control Example 4 has a surface area that falls within the preferred range of surface areas disclosed in the present invention. However, the ABD of the alumina in Control Example 4 was 0.98 g / cc, the preferred ABD disclosed in the present invention (<0.65 g / cm Three Higher). The effectiveness of the catalyst in Control Example 4 in removing acetylenic impurities falls roughly between Control Examples 1 and 11. There is almost no difference in the yield of 1,3-butadiene between Example 11 and Control Example 4.
[0059]
Example 12
This example was performed to demonstrate the superior performance of a palladium promoted copper catalyst for the selective hydrogenation of a feed containing a relatively high concentration of acetylenic impurities.
[0060]
A copper catalyst promoted with palladium was prepared according to the present invention. The alumina used in Example 5 was calcined in air at 900 ° C. for 3 hours. 4.61 g of 10% by weight Pd in 10% by weight nitric acid (NO Three ) Two Solution (Aldrich 38,004-0: 10 wt% Pd (NO Three ) Two ) Was diluted with 6.378 g of deionized water to prepare 1.866 g of Cu (NO Three ) Two 2.5H Two A mixed solution was prepared by dissolving O. 5.56 g of this mixed solution is sprayed onto a 30 g calcined alumina sphere surface using an atomizer, while the alumina spheres roll around on a flat surface and then the sprayed product is Dry in a vacuum oven at 115 ° C. The dried product was calcined at 250 ° C. for 2 hours in air.
[0061]
18 g of this catalyst were mixed with 110 ml of 3 mm diameter glass spheres and charged into the same reactor used in Control Example 1. The catalyst was activated in the same manner as described in Example 11. Acetylene-type compounds in the same feed used in Control Example 3 were removed by performing a selective hydrogenation. Selective hydrogenation was performed at a constant temperature of 142 ° F and 108 psig. The hydrocarbon feed rate was maintained at 10 ml / min (20.2 WHSV) until the end of the run. However, variations in the hydrogen flow rate in the range of 44 scc / min to 90 scc / min occurred during the run.
[0062]
The results of Example 12 and Control Example 3 are shown in FIGS. The superior catalytic activity of the present palladium promoted copper catalyst over conventional palladium catalysts is clearly demonstrated. Although the feed rate in Example 12 is at least four times higher than that of Control Example 3, the present palladium promoted copper catalyst has a superior 1,3-butadiene advantage over the conventional palladium catalyst of Control Example 3. Less than 20 ppm C while having a yield (expressed as recovery in FIG. 14) Four Products containing acetylenes can be produced. C Four 100% recovery of acetylenes vs. C Four Defined by% conversion of acetylenes. For example, C Four The 0% recovery of acetylenes is C Four Equivalent to 100% removal of acetylenes and 100% 1,3-butadiene recovery is equivalent to 0% conversion of 1,3-butadiene.
[0063]
The ratio of ethyl acetylene to vinyl acetylene in the product is shown in FIG. The palladium promoted copper catalyst is much more reactive to vinyl acetylene than conventional palladium catalysts. The present palladium promoted copper catalyst has about an order of magnitude higher activity than the unpromoted copper catalyst. It is unexpected that the present palladium-promoted copper catalyst has several times higher activity than conventional Pd catalysts and yet has excellent selectivity for retaining 1,3-butadiene.
[Brief description of the drawings]
[0064]
FIG. 1 is a schematic diagram of a CD reactor having the present copper catalyst on top for selective hydrogenation of acetylenes.
FIG. 2 is a schematic diagram of a CD reactor having the present copper catalyst at the top for selective hydrogenation of acetylenes and a Group VIII catalyst at the bottom for reacting mercaptans and diolefins.
FIG. 3 is a graph showing a pore distribution of an alumina carrier and a catalyst of Example 5.
FIG. 4 is a graphical representation of all product alkynes in the products of Example Control 1, Example 5 and Example 6.
FIG. 5 is a graph of the yield of all 1,3-butadiene products of Example Control 1, Example 5 and Example 6.
FIG. 6 is a graph showing the results of Example 7 on a CD.
FIG. 7 is a graphical representation of all alkynes in the products of Example 5 (non-CD) and Example 8 (CD).
FIG. 8 is a graph comparing the 1,3-butadiene product of Example 5 (non-CD) and Example 8 (CD).
FIG. 9 is a graphical illustration of the benefits of solvent treatment of the catalyst used.
FIG. 10 is a graph comparing Examples 10A and 10B to show the benefits of Pd promoted Cu.
FIG. 11 is a graph comparing Examples 10A and 10B to show the benefit of Pd promoted Cu on 1,3-butadiene production.
FIG. 12 is a graphical illustration of the benefits of ABDs according to the present invention in the case of acetylene removal, comparing Control Examples 1 and 4 and Example 11.
FIG. 13 is a graphical illustration of the benefits of an ABD according to the invention for a 1,3-butadiene product, comparing Control Examples 1 and 4 and Example 11.
FIG. 14 is a graphical illustration of the benefits of the present palladium promoted copper catalyst, comparing Example 12 with Control Example 3.
FIG. 15 is a graphical illustration of a chemical fingerprint distinguishing the present palladium promoted copper catalyst from a conventional palladium catalyst by comparing Example 12 with Control Example 3.

Claims (18)

200オングストロームよりも大きな平均細孔直径または約0.70g/cm3未満の見かけの嵩密度の特性のうちの少なくとも1つを含むアルミナ担体上の、銅成分及び少なくとも1種のVIII族金属成分、Ag、Au成分またはこれらの混合物の成分を含む、アセチレン類の選択的水素化のための触媒。A copper component and at least one Group VIII metal component on an alumina support that includes at least one of the following properties: an average pore diameter greater than 200 Å or an apparent bulk density of less than about 0.70 g / cm 3 ; A catalyst for the selective hydrogenation of acetylenes, comprising an Ag, Au component or a component of a mixture thereof. Ag、Au成分またはこれらの混合物の成分を含む、請求項1に記載の触媒。The catalyst according to claim 1, comprising an Ag, Au component or a component of a mixture thereof. 少なくとも1種のVIII族金属成分を含む、請求項1に記載の触媒。The catalyst of claim 1, comprising at least one Group VIII metal component. 少なくとも1種のVIII族金属成分及びAg、Auまたはこれらの混合物成分の成分を含む、請求項1に記載の触媒。The catalyst of claim 1, comprising at least one Group VIII metal component and components of Ag, Au or a mixture thereof. 少なくとも1種のVIII族金属成分、Ag成分及びAu成分の成分を含む、請求項1に記載の触媒。The catalyst of claim 1, comprising at least one Group VIII metal component, Ag component and Au component. 前記VIII族成分はPdを含む、請求項2、3、4または5に記載の触媒。The catalyst of claim 2, 3, 4 or 5, wherein the Group VIII component comprises Pd. Zn成分を含む、請求項2、3、4または5に記載の触媒。The catalyst according to claim 2, 3, 4 or 5, comprising a Zn component. 200オングストロームよりも大きな平均細孔直径を有するアルミナ担体を含む、請求項1に記載の触媒。The catalyst of claim 1, comprising an alumina support having an average pore diameter of greater than 200 Angstroms. 約0.70g/cm3未満の見かけの嵩密度を有するアルミナ担体を含む、請求項1に記載の触媒。Containing alumina support having a bulk density of about 0.70 g / cm 3 less than the apparent catalyst according to claim 1. 銅成分、少なくとも1種のVIII族金属成分及びZn成分を含む、アセチレン類の選択的水素化のための触媒。A catalyst for the selective hydrogenation of acetylenes, comprising a copper component, at least one Group VIII metal component and a Zn component. Ag、Auまたはこれらの混合物の成分を含む、請求項10に記載の触媒。11. The catalyst according to claim 10, comprising components of Ag, Au or a mixture thereof. 約0.1〜25重量%のCuを含む、請求項10に記載の触媒。11. The catalyst of claim 10, comprising about 0.1 to 25% by weight Cu. 少なくとも部分的に液相中のアセチレン類を含む供給物と請求項1に記載の触媒とを、前記アセチレン類を選択的に水素化する条件下で接触させることを含む、アセチレン類の選択的水素化方法。2. Selective hydrogenation of acetylenes comprising contacting a feed comprising acetylenes at least partially in the liquid phase with a catalyst of claim 1 under conditions that selectively hydrogenate the acetylenes. Method. 可溶性ポリマーは、前記水素化の間中前記触媒に連続的に堆積して、アセチレン類の選択的水素化のための前記触媒の低下した活性をもたらし、前記水素化は間欠的に中断し、前記可溶性ポリマーの溶媒は前記触媒と接触し、前記ポリマーの一部を除去し、前記選択的水素化のための前記触媒の活性の一部を回復する、請求項13に記載の方法。The soluble polymer continuously deposits on the catalyst during the hydrogenation, resulting in reduced activity of the catalyst for selective hydrogenation of acetylenes, the hydrogenation being interrupted intermittently, 14. The method of claim 13, wherein a solvent of a soluble polymer contacts the catalyst to remove a portion of the polymer and restore a portion of the activity of the catalyst for the selective hydrogenation. 前記溶媒は、テトラヒドロフラン、フラン、1,4−ジオキサン、エーテル類、ガンマ−ブチロラクトン、ベンゼンまたはトルエンのうちの少なくとも1つを含む、請求項14に記載の方法。The method according to claim 14, wherein the solvent comprises at least one of tetrahydrofuran, furan, 1,4-dioxane, ethers, gamma-butyrolactone, benzene or toluene. 少なくとも部分的に液相中のアセチレン類を含む供給物と請求項10に記載の触媒とを、前記アセチレン類を選択的に水素化する条件下で接触させることを含む、アセチレン類の選択的水素化方法。11. Selective hydrogenation of acetylenes comprising contacting a feed comprising at least partially acetylenes in a liquid phase with the catalyst of claim 10 under conditions that selectively hydrogenate the acetylenes. Method. 可溶性ポリマーは、前記水素化の間中前記触媒に連続的に堆積して、アセチレン類の選択的水素化のための前記触媒の低下した活性をもたらし、前記水素化は間欠的に中断し、前記可溶性ポリマーの溶媒は前記触媒と接触し、前記ポリマーの一部を除去し、前記選択的水素化のための前記触媒の活性の一部を回復する、請求項16に記載の方法。The soluble polymer continuously deposits on the catalyst during the hydrogenation, resulting in reduced activity of the catalyst for selective hydrogenation of acetylenes, the hydrogenation being interrupted intermittently, 17. The method of claim 16, wherein a solvent of a soluble polymer contacts the catalyst to remove a portion of the polymer and restore a portion of the activity of the catalyst for the selective hydrogenation. 前記溶媒は、テトラヒドロフラン、フラン、1,4−ジオキサン、エーテル類、ガンマ−ブチロラクトン、ベンゼンまたはトルエンのうちの少なくとも1つを含む、請求項17に記載の方法。18. The method of claim 17, wherein the solvent comprises at least one of tetrahydrofuran, furan, 1,4-dioxane, ethers, gamma-butyrolactone, benzene, or toluene.
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